БИБЛИОТЕКА
ПО
АВТОМАТИКЕ
Выпуск 645
С. В. ДЕНБНОВЕЦКИЙ,
А. В. ЛЕЩИШИН,
Г. Ф. СЕМЕНОВ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
ИНФОРМАЦИИ
НА НОВЫХ
ЗАПОМИНАЮЩИХ
ЭЛТ
т
МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1984

ББК 32.852
Д 33
УДК 681.327.6.05
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
И. В. Антик, Г. Т. Артамонов, А. А. Воронов, Л. М. Закс,
В. К. Левин, В. С. Малов, В. Э. Низе, Д. А. Поспелов,
И. В. Прангишвили, Ф. Е. Темников, Ю. М. Черкасов,
Г. М. Уланов, А. С. Шаталов.
Рецензент Ф. Е. Темников
Денбновецкий С. В. и др.
ДЗЗ Преобразование информации на новых запо-
минающих ЭЛТ/ С. В. Денбновецкий, А. В. Лещи-
шин, Г. Ф. Семенов. — М.: Энергоатомиздат,
1984. 112 с, ил.— (Б-ка по автоматике; Вып. 645)
35 к. 6600 экз.
Даны описание работы, характеристики и параметры новых за-
поминающих ЭЛТ, используемых в универсальных аналоговых преоб-
разователях полутоновой информации, регистраторах быстропротекаю-
щих процессов, быстродействующих устройствах ЭВМ, устройствах
обработки оптических и электрических сигналов. Рассмотрены примеры
разработанных устройств преобразования информации.
Для инженерно-технических работников, занятых разработкой
средств отображения и обработки информации.
СТАНИСЛАВ ВЛАДИМИРОВИЧ ДЕНБНОВЕЦКИЙ
АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ ЛЕЩИШИН
ГРИГОРИЙ ФОКИЧ СЕМЕНОВ
Преобразование информации на новых запоминающих ЭЛТ
Редактор Н. В. Кравцов
Редактор издательства 3. И. Михеева
Художественный редактор Т. А. Дворецкова
Технический редактор Г. В. Преображенская
Корректор М. Г. Гулина
ИБ № 2013
Сдано в набор 11.05.84 Подписано в печать 29.08.84 T-1703I
Формат 84 X Ю87з2 Бумага типографская № 2 Гарнитура литературная
Печать высокая Усл. печ. л. 5,88 Усл. кр.-отт. 6,2 Уч.-изд. л. 7,4
Тираж 6 6С0 экз. Заказ 17 Цена 35 к.
Энергоатомиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Зна-
мени Первая Образцовая типография имени А. А. Жданова Союз-
полиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам изда-
тельств, полиграфии и книжной торговли. 113054, Москва, М-54, Ва-
ловая, 28
2403000000-Щ
051(01)-84
246-84
ББК 32.852
6Ф0.3
© Энергоатомиздат, 1984

ПРЕДИСЛОВИЕ
Запоминающие электронно-лучевые трубки (ЗЭЛТ) позволяют
электронным лучом записывать электрические сигналы на диэлектриче-
ской мишени, длительно хранить записанную информацию и с помощью
электронного луча воспроизводить (считывать) запись. Особенностями
такого способа записи, хранения и считывания информации являются
быстродействие, большой объем памяти, возможность при записи и счи-
тывании обращения лучом к любому элементу мишени в любой после-
довательности. Все это создает принципиальную возможность на базе
одной ЗЭЛТ разрабатывать многофункциональные, быстродействующие
и весьма гибкие устройства обработки и преобразования информации.
В последние годы ЗЭЛТ вступили в качественно новый этап разви-
тия благодаря созданию новых принципов работы и совершенствованию
технологии. Значительно расширились области их рационального исполь-
зования в различных устройствах и системах обработки и отображения
информации. Гибкость и многофункциональность устройств на основе
ЗЭЛТ обусловлены возможностью записи как периодических, так и
однократных или редко повторяющихся сигналов; возможностью хра-
нения и считывания их в течение длительного времени; способностью
к накоплению слабых сигналов и улучшению отношения сигнал/шум;
возможностью раздельного запоминания нескольких процессов иссле-
дуемого объекта, воспроизведения черно-белых или цветных, бистабиль-
ных или полутоновых, плоских или объемных изображений, наложения
или вычитания нескольких изображений; удобством совмещения стати-
ческой и динамической информации, преобразования типов и парамет-
ров разверток и спектров сигналов, реализации селективного стирания,
электронного масштабирования, получения скользящего изображения и
позонного анализа информации, масштабно-временного преобразования
импульсных сигналов, обращения их во времени и т. д. [1, 2, 3, 4].
Из большого разнообразия типов ЗЭЛТ ниже рассмотрены трубки
с электрическими входными и выходными сигналами, мишени которых
выполнены с использованием кремниевой технологии, позволившей соз-
дать ряд уникальных передающих и запоминающих ЭЛТ, обладающих
улучшенными параметрами и дающих возможность разрабатывать но-
вые преобразователи информации. Получившие широкое применение
другие типы ЗЭЛТ, с электрическими входными и оптическими выход-
ными сигналами (осциллографические и индикаторные ЗЭЛТ), с элек-
3

трическими входными и выходными сигналами, которые в настоящее
время находятся на этапе исследования (например, высокоскоростные
ЗЭЛТ с микроканальной пластиной), в данной книге не рассматри-
ваются.
Устройства на ЗЭЛТ можно разбить на группы в соответствии
с числом используемых мерностей мишени как носителя информации
[2, 5]. В двухмерных устройствах используются одна геометрическая
(координатная) и одна физическая (глубинная) мерности мишени или
две ее геометрические мерности. К ним относятся запоминающие осцил-
лографы с визуальным наблюдением формы и определением параметров:
однократных и редко повторяющихся импульсных сигналов, а также
масштабно-временные преобразователи различных типов — с временным,
растяжением, сжатием, устранением избыточности. Геометрическая мер-
ность мишени, обозначающая временную координату, в сочетании с фи-
зической мерностью используется в накопительных преобразователях
для суммирования и вычитания сигналов. К трехмерным устройствам
относятся индикаторы для ЭВМ, разнообразные преобразователи раз-
верток, устройства накопления и обработки изображений, запоминаю-
щие устройства ЭВМ с произвольной выборкой и т. д. Устройства чет-
вертого порядка построены по принципу комбинаций на мишени не-
скольких изображений третьего порядка.
В настоящее время функции, выполняемые устройствами первого —
четвертого порядков на ЗЭЛТ в частотном диапазоне сигналов от нуля
до десятков мегагерц, успешно реализуются и на цифровой технике.
Однако во многих случаях повышение эффективности преобразования
информации достигается в гибридных устройствах, где для предвари*
тельной обработки сигнала успешно используются накопительные, пре-
образовательные и другие свойства ЗЭЛТ. В области частот свыше
1 ГГц конкурентоспособность ЗЭЛТ в течение длительного времени не
вызывает сомнений.
ЗЭЛТ являются основным звеном преобразователя, задающим его
основные параметры и свойства. Параметры преобразователя неразрыв-
но связаны с параметрами используемой ЗЭЛТ. Это определило распре-
деление материала в книге. В ней рассмотрены новые ЗЭЛТ, различные
методы преобразования сигналов в них, основные характеристики
ЗЭЛТ и блоков памяти на их основе, а также устройства преобразо-
вания информации.
Авторы выражают глубокую признательность канд. техн. наук
Г. С. Котовщикову и доктору техн. наук Б. С. Малкиелю за ряд ценных
советов по содержанию книги, С. К. Темирязевой и Б. X. Мосиенкову
за обсуждение результатов испытаний разработанных ими приборов,
а также рецензенту доктору техн. наук. проф. Ф. Е. Темникову, чьи
замечания способствовали улучшению книги.
Замечания и пожелания по книге просьба направлять по адресу:
113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, Энергоатомиздат.
Авторы

Глава первая
РАЗНОВИДНОСТИ И РЕЖИМЫ ЗЭЛТ С КРЕМНИЕВОЙ МИШЕНЬЮ
1.1. Основные типы ЭЛТ с кремниевой мишенью
По типам мишеней ЭЛТ можно объединить в отдельные группы,
каждая из которых имеет различные конструктивные модификации. На
рис. 1.1 показана классификация трубок с кремниевыми мишениями по
основным типам мишеней и методам преобразования сигналов, реали-
зованных в конкретных ЭЛТ.
ЭЛТ с кремниевой мишенью
Е
Диодния
мишеиъ
Мозаичная
Мозаика
Мозаика
транзистор-
конденса-
или штрихи
ная мишень
торов
Si02
Рентген-
Свет-
сигнал
сигнал
Передаю-
щие
ЭЛТ
Сигнал-
сигнал
Свет-
сигнал
п
1
Передаю-
щие
ЭЛТ
Сигнал-
сигнал
TZ
ЗЭЛТ
5 5 S
elf
сь со 5з
II
11
!
Сигнал-
сигнал
ЗЭЛТ
ЗУ
ЭВМ
I
£ <0 «3
5*
Сигнал]
сигнал
Сеточная
мишень
Сигнал-
сигнал
ЗЭЛТ
для преоб-
разования
разверток
ЗЭЛТ
универсаль-
ных
преобразова-
телей
информации
Рис. 1.1. Классификация ЭЛТ с кремниевой мишенью
Передающие телевизионные трубки с мозаичной диодной мишенью
(кремниконы) являются перспективными приборами вещательного и
прикладного черно-белого и цветного телевидения. Они обладают ши-
роким спектральным диапазоном, высокими световой чувствительно-
стью и разрешающей способностью, малой инерционностью, устойчиво-
5

стью к воздействию световых потоков большой интенсивности [6, 7].
Данные микени используются в сверхчувствительных передающих труб-
ках с переносом изображения (суперкремниконы), работающих при
очень низких освещенностях, и видиконах повышенной разрешающей
способности [8] (до 13 500 линий) для аппаратуры исследования и
разведки земных ресурсов, картографии и т. д. Важными особенностями
диодных мозаичных и сплошных мишеней являются их чувствитель-
ность к рентгеновскому излучению и многократное усиление заряда при
бомбардировке их электронами. Это позволило создать передающие
ЭЛТ типа рентген-сигнал и запоминающие трубки сигнал-сигнал,
используемые в устройствах передачи изображений по узкополосным
каналам связи и сопряжения с различными датчиками электрических
сигналов [9], высокоскоростные ЗЭЛТ, позволяющие регистрировать
однократные быстропротекающие процессы [10], ЗЭЛТ для быстродей-
ствующих и емких запоминающих устройств (ЗУ) ЭВМ [11], а также
усилители СВЧ диапазона [12].
В передающих трубках с мозаичной диодной мишенью считывание
сигнала является разрушающим, однако при изменении режимов тру.б-
ку можно перевести в режим запоминания и неразрушающего считы-
вания, а также в режим записи электронным лучом [13]. Кремниконы
с памятью обладают достаточно высокими параметрами при работе
в качестве передающих и запоминающих трубок с электрическим и
оптическим входными сигналами. Многофункциональность по отноше-
нию к типу входного сигнала, возможность суммирования текущей и за-
фиксированной на мишени информации делают их гибкими приборами
в устройствах обработки изображений.
Мишень в виде мозаики транзисторов (см. рис. 1.1) служит осно-
вой передающих и запоминающих трубок [14]. Увеличение их чувстви-
тельности (примерно в 70 раз) происходит за счет усиления сигнала
в мишени на этапах записи и считывания.
Потребность в дешевых и быстродействующих ЗУ для ЭВМ, обла-
дающих высокой надежностью и большим рабочим объемом памяти,
привела к разработке ЗЭЛТ с мишенью в виде мозаики конденсаторов
[11]. Запись и считывание информации осуществляется электронным
лучом. На основе данных ЗЭЛТ, а также ЗЭЛТ со сплошными диод-
ными мишенями возможно построение ЗУ, которые при замене сущест-
вующих магнитных барабанов и дисков позволят строить более совре-
менные по объему памяти и гибкости структуры ЭВМ.
Мишень в виде штрихов или мозаики двуокиси кремния Si02 слу-
жит основой ЗЭЛТ типа сигнал-сигнал [15, 16], получивших широкое
распространение в преобразователях универсального назначения [17—
19]. Широкая номенклатура и высокие технико-эксплуатационные пара-
метры ЗЭЛТ позволяют разрабатывать высококачественные оператив-
ные устройства обработки полутоновой информации для прикладного
телевидения, вычислительной техники и других областей.
6

Сеточная кремниевая мишень используется в двухлучевых ЗЭЛТ
[20], применяемых в преобразователях разверток, позволяющих одно-
Временно производить запись и считывание электрических сигналов.
Из приведенной классификации ЗЛТ с кремниевой мишенью ниже
рассматриваются ЗЭЛТ универсальных преобразователей полутоновой
информации, ЗЭЛТ с сеточной мишенью для преобразования разверток,
высокоскоростные ЗЭЛТ для регистрации быстропротекающих процес-
сов и быстродействующих ЗУ ЭВМ.
1.2. ЗЭЛТ универсальных преобразователей полутоновой информации
Базовой конструкцией ЗЭЛТ с кремниевой мишенью (литокона)
является видикон, в котором полностью изменена мишень, очень незна-
чительно — электронный прожектор, а все остальные элементы, в том
числе фокусирующая и отклоняющая системы и габариты прибора,
остаются видиконными. Наиболее распространенными являются одно-
и полуторадюймовые литоконы (диаметр колбы 25 и 38 мм соответ-
ственно).
Устройство ЗЭЛТ с электромагнитными фокусировкой и отклоне-
нием показано на рис. 1.2. Отличительной особенностью в конструкции
электронной пушки является наличие дополнительного — стирающего
электрода, предназначенного для значительного увеличения тока луча
в режиме стирания [16].
Накопительная мишень представляет собой тонкую кремниевую
пластину (подложку мишени), на которую нанесены полоски (штрихи
на рис. 1.3,а) или мозаика из двуокиси кремния (см. рис. 1.3,6, в),
который является диэлектриком. На рис. 1.3,0 показана конструкция,
в которой двуокись кремния нанесена в промежутках между мозаикой,
состоящей из участков подложки мишени. Размеры полосок или мо-
заики составляют 5—10 мкм, а их шаг— 10—20 мкм. Подложка мише-
ни изготовлена из сильно легированного кремния р-типа и является
сигнальной пластиной и механической основой для периодической струк-
туры диэлектрика. Толщина слоя двуокиси кремния, от которой зави-
сит емкость накопительных элементов, а значит, время считывания и
стирания сигнала [15], составляет 1—2 мкм.
ЗЭЛТ данного типа могут работать в различных режимах записи
и считывания электрических сигналов. Выбор оптимального режима за-
висит от функций, выполняемых блоком памяти на ЗЭЛТ, параметров
и типов разверток электронного луча. Типовыми режимами для ЗЭЛТ,
работающих в качестве аналоговой памяти в стоп-кадровом устройстве,
являются неразрушающее считывание, стирание и неравновесная запись
лучом быстрых электронов. Потенциальные диаграммы режимов пока-
заны на рис. 1.4, где потенциалы мишени (подложки мишени), диэлек-
трика мишени, управляющего (модулирующего) и дополнительного
(стирающего) электродов, отсчитанные относительно катода, обозначены
соответственно им> ид>м, иМОд, "д.э-
7

В режиме неразрушающего считывания потенциал мишени Им.оч38
= 4—9 В, а потенциалы диэлектрических участков (на рис. 1.4 диапа-
зон изменения ид.м обозначен стрелками), на которых в режиме запи-
си сформирован потенциальный рельеф, смещены в область отрицатель-
ных значений. Считывание происходит при постоянном токе луча, вели-
чина которого задана напряжением на модуляторе (иМОд.сч). Записан-
ный потенциальный рельеф влияет на траектории электронов луча счи-
тывания в области мишени [16] и приводит к перераспределению то-
Рис. 1.2. Устройство ЗЭЛТ с электромагнитными фокусировкой и от-
клонением:
1 — катод; 2 — первый анод; 3— стирающий электрод; 4 — второй анод; 5 —вы-
равнивающая сетка; 6 — управляющий электрод; 7 —- электронный луч; в—ми-
шень; 9 — отклоняющие катушки; 10 — фокусирующая катушка; // — корректиру-
ющие катушки
Конструкции
Рис. 1.3.
мишеней:
а — штриховая; б, в — моза-
ичная; / — подложка (крем-
ний р-типа); 2 — диэлектрик
(SiO»)

ков, попадающих на подложку мишени (сигнальный ток &сч) и вы-
равнивающую сетку. В результате переменные составляющие сигналь-
ного тока и тока сетки образуют сигналы, отличающиеся полярностью
и соответствующие записанному потенциальному рельефу (и8). Зави-
симость выходного сигнала от потенциала диэлектрика мишени назы-
вается управляющей характеристикой ЗЭЛТ, которая определяется гео-
\0
Считы-
вание
'м.сч
Стира-
ние
Запись
*м.сч
ТТТТ
мод.зп
/ \
1Ы
^мод.с
озп
Рис. 1.4. Потенциальные диаграммы меразрушающего считывания
неравновесной записи быстрыми электронами
метрией узла мишени и потенциалом выравнивающей сетки. Пример
семейства управляющих характеристик, в котором «м.сч является па-
раметром, показан на рис. 1.5,а. Каждая из характеристик имеет по-
тенциал отсечки Моте, при котором Усч^О (например, для Им.сч"»
*=9 В Ыд.м^Иотс^**—7 В), рабочий участок, где возможно считывание
записанного сигнала без значительных амплитудных искажений (для
ни.сч^Э В он находится в диапазоне —6,5 В^ид.м^^2,5 В), и уча-
сток ограничения ВЫХОДНОГО СИГНаЛа (ДЛЯ Wji.C4*=9 В Ид^мтах^Ид.м^
^0, ^с^счло*). Крутизна характеристики определяется как отно-
шение приращения сигнала считывания к приращению потенциала ди-
=const и зависит от "д.м*
электрика Мишени Sy •■
д.м
9

Рис. 1.5. Семейство управляющих характеристик ЗЭЛТ (а), зависи-
мость глубины записанного потенциального рельефа от напряжения
управляющего электрода (б) и временные диаграммы входного (в) и
выходного (г) сигналов
*4,
бдтах\
а
Т !
Ъ
1
О икр 40 80 120 160 200 Ц,3-
Рнс. 1.6, Вторично-эмиссионная характеристика мишени
Расположение записанного потенциального рельефа на необходимом
участке управляющей характеристики производится в ЗЭЛТ выбором
потенциалов в режимах стирания и записи, а также амплитуды вход-
ного сигнала (сигнала записи). Уменьшение выходного сигнала при
многократном сканировании мишени электронным лучом считывания
обусловлено в основном нейтрализацией зарядного и, следовательно,
Потенциального рельефа Диэлектрика положительными ионами, которые
образуются в промежутке мишень — выравнивающая сетка в результате
соударений электронов луча с молекулами остаточного гаЗа.
10

В режиме стирания потенциал мишени повышается до нд.м = 8-*-
20 В. Ввиду того что емкость между поверхностью диэлектрика и под-
ложкой значительно выше емкостей мишени относительно других элек-
тродов, всякое изменение потенциала подложки вызывает практически
такое же изменение потенциала поверхности диэлектрика. Поэтому по-
тенциальный рельеф диэлектрика переводится в область положительных
значений 0<«д.м<«кр1 (#KPl—значение первого критического потен-
циала), где Од — действующий коэффициент вторичной эмиссии
диэлектрика мишени — меньше единицы (рис. 1.6). По определению
о*д=^к/^л, где &к — ток, образованный электронами, покидающими
мишень; Sfл—ток луча. Следовательно, при ад<1 на диэлектрик бу-
дет наноситься отрицательный заряд (ибо ^к<^л) и потенциал по-
верхности диэлектрика будет понижаться, пока не достигнет равновес-
ного значения. Величина равновесного потенциала равна катодному по-
тенциалу при условии отсутствия скоростного разброса электронов.
Практически из-за разброса скоростей электронов луча равновесный
потенциал оказывается несколько меньшим потенциала катода.
Для уменьшения времени стирания увеличивают ток луча путем
уменьшения отрицательного потенциала модулятора и подачи управ-
ляющего импульса на дополнительный электрод прожектора. Если после
стирания перевести ЗЭЛТ в режим считывания, потенциал диэлектрика
«д.м=«м.сч—«м.ст принимает отрицательное значение (относительно
потенциала катода), которое определяет рабочую точку по считыванию
(обозначим ее щ) и соответствующий выходной сигнал при считы-
вании с подготовленной к записи мишени. Выбор рабочей точки
«р=Нм.сч—Нм.ст зависит от конкретного применения трубки и ре-
жима записи. Если, например, после стирания будет произведена за-
пись в режиме быстрых электронов, а ЗЭЛТ применяется для преобра-
зования полутоновой информации, то целесообразно с точки зрения
использования всего рабочего диапазона управляющих характеристик
выбирать Мр=и0тс (для рис. 1.5,а при «м.сч=9 В uv^—7 В и необхо-
димый потенциал стирания им.ст= \uv|-|-мм сч= 16 В). Если входная
информация является двухуровневой или используется режим селекции
полутонов (см. § 3.5), необходимо выбирать мр<«отс
Запись в ЗЭЛТ возможна в нескольких режимах. В режиме нерав-
новесной записи быстрыми электронами трубка сначала запирается по
управляющему электроду (иМОд.зп<Имод.з на рис. 1.4 и 1.5,в), повы-
шается потенциал мишени и потенциал диэлектрика переводится в об-
ласть «д.м = Им.зп—wm.ct>wkp г, где о*д>1. Затем на управляющий элек-
трод подается входной сигнал и сканирующий луч записи отпирается
(на рис. 1.4 и 1.5,в нозп — рабочая точка по записи) на время записи
информации (например, на необходимое количество кадров записи NK
при растровой развертке). На диэлектрике мишени формируется поло-
жительный (относительно нм.зп—им.ст на рис. 1.4) потенциальный
рельеф, глубина которого и3 пропорциональна входному сигналу и за-
висит от скорости развертки, силы тока луча, времени записи (или ко-
11

личества кадров накопления Мк) и величин «м.зп и м0зп. Записанный
потенциальный рельеф, соответствующий входной информации, перево-
дится в режиме считывания в область отрицательных значений (см.
рис. 1.4), соответствующих рабочему участку управляющей характери-
стики. На рис. 1.5 показано преобразование входного полутонового сиг-
нала (в), подаваемого в цепь управляющего электрода, в выходной
сигнал считывания (г) при выборе рабочей управляющей характери-
стики им.сч=9 В. Зависимость глубины записанного потенциального
рельефа от потенциала управляющего электрода показана на рис. 1.5,6.
Масштаб временного преобразования ¥ определяется отношением ско-
ростей сканирования электронного луча в режимах записи и считыва-
ния. Имеющая здесь место неравновесная запись по модулятору наи-
более эффективна при им.зп=200-4-250 В, чему соответствует макси-
мальное значение действующего коэффициента вторичной эмиссии ми-
шени (вдтах на рис. 1.6). Потенциал дополнительного электрода в ре-
жиме записи равен потенциалу первого анода (uAi). Он коммутируется
только в режиме быстрого стирания, а при обычном или выборочном
(селективном) стирании ид>э = «а ь
Аналогичным образом происходит формирование потенциального
рельефа в режиме неравновесной записи по катоду, когда сигнал запи-
си обратной полярности поступает в цепь катода и трубка отпирается
до «озп по управляющему электроду. В режимах стирания и считыва-
ния ык = 0.
При уменьшении скорости развертки луча записи или увеличении
количества кадров накопления необходимо уменьшать амплитуду вход-
ного сигнала, чтобы обеспечить работу ЗЭЛТ в динамическом диапазо-
не управляющих характеристик. Поскольку минимальные сигналы огра-
ничиваются нестабильностью электронных схем, параметров трубок и
шумами, дальнейшее расширение (в сторону минимальных скоростей)
скоростного диапазона ЗЭЛТ (или диапазона по NK) возможно путем
уменьшения эффективности записи, например путем выбора г/м.зп<
<200 В, где ОдКОдтах (рис. 1.6), или подачи входного сигнала не на
модулятор, а в цепь мишени (неравновесная запись по мишени) и
использования при этом в качестве рабочего линейного участка зависи-
мости коэффициента вторичной эмиссии мишени от ид.м (участок cde
на рис. 1.6).
Неравновесная запись медленными электронами происходит при
снижении потенциала ии так, чтобы ^.M<wKp* г Входной сигнал по-
дается на модулятор электронного прожектора. Потенциальная диа-
грамма показана (совместно с режимами считывания и стирания) на
рис. 1.7,а. Так как этот вид записи создает отрицательный потенциаль-
ный рельеф, то рабочую точку по считыванию необходимо выбирать на
верхнем изгибе управляющей характеристики (например, для мм.сч=
— 9 В Ир^ид.мтах=—2 В и потенциал мишени в режиме стирания
йм.ст = П В). Рассмотренный выше режим стирания при этом неприго-
ден, так как потенциальный рельеф, соответствующий рабочему участ-
12

'А-М
Подготобка
{Считывание}
и.
аД.м
3^
Подготовка
^Стирание
Запись \ШтыВание
I
\СчитываниА
*м.сч
Запись
Считы-
вание
Запись
Рис. 1.7. Потенциальные диаграммы неравновесной записи по модуля-
тору (а), равновесной записи по катоду (б), неразрушающего (а, б) и
разрушающего (в) считывания, а также режима подготовки
13

ку управляющей характеристики, будет в режиме стирания отрицатель-
ным и стирания потенциального рельефа не произойдет. Стирание здесь
возможно только при предварительном повышении потенциала диэлек-
трика, для чего вводится режим подготовки.
В режиме подготовки потенциал мишени необходимо повысить до
величины, при которой «д.м>«кр1. Тогда луч быстрых электронов при
равномерном сканировании поверхности мишени повысит потенциал
«д.м. Режим подготовки является обязательным при записи медленны-
ми электронами и желательным в других случаях, поскольку он улуч-
шает качество стирания потенциального рельефа.
При сопряжении ЗЭЛТ с медленно действующими датчиками це-
лесообразно использовать равновесную запись медленными электронами
при подаче входного сигнала в цепь катода. В этом случае трубка пе-
реведена в режим медленных электронов и обеспечены условия, при
которых потенциал диэлектрика мишени под сканирующим лучом дово-
дится до потенциала, близкого к равновесному значению (потенциалу
катода, который изменяется по закону входного сигнала). Образую-
щийся при этом потенциальный рельеф по форме и амплитуде повто-
ряет входной сигнал. Потенциальная диаграмма равновесной записи по
катоду показана на рис. 1.7,6. Если при тех же условиях катод зазем-
лен и входной сигнал подан в цепь мишени (равновесная запись мед-
ленными электронами по мишени), сформируется потенциальный
рельеф, повторяющий входной сигнал в обратной полярности.
ЗЭЛТ данного типа может работать также в режиме перезарядно-
го (разрушающего) считывания, что позволяет использовать их
в устройствах обработки динамической информации, требующих малого
времени считывания. Этот режим позволяет исключить режим стира-
ния, упростив управление работой блока памяти, и повысить скорость
обновления динамической информации. Считывание происходит в режи-
ме медленных, а запись — в режиме быстрых электронов (см.
рис. 1.7,е). Время считывания может регулироваться величиной потен-
циала управляющего электрода.
а) Режим медленных электронов
Вторично-эмиссионная характеристика (ВЭХ) для ЗЭЛТ имеет
вид, показанный на рис. 1.6, где потенциал диэлектрика мишени обо-
значен через и. При определении амплитудных характеристик по записи
или перезарядном считывании для режима медленных электронов не-
обходимо учитывать изменение коэффициента вторичной эмиссии в диа-
пазоне о < и < ик-Р1. Аппроксимация ВЭХ экспоненциальными или триго-
нометрическими функциями позволяет найти основные расчетные вы-
ражения, связывающие глубину записанного потенциального рельефа
с входным и выходным сигналами [2]. Однако отыскание подходящих
аппроксимаций в таком виде не всегда приемлемо и не универсально
по отношению к равным участкам ВЭХ, типам трубок и отличающимся
14

характеристикам трубок одного типа. Предпочтительной является поли-
номиальная аппроксимация
k
«д-1^м= Ел**, (i.i)
rtsl
где Ап — коэффициенты, определяемые непосредственно по эксперимен-
тальным ВЭХ; k — целое число, обеспечивающее необходимую точность
аппроксимации. Изменение потенциала и от исходной величины и0 под
действием электронного луча находится из уравнения
U 0 —00
где С — суммарная удельная емкость мишени; /л — плотность то-
ка луча.
Решение (1.2) зависит от вида Р(и) и во многих случаях сводит-
ся к простому интегрированию. Рассмотрим разложение рациональной
функции подынтегрального выражения на простые дроби. В частности,
для простых корней многочлена (1.1) (обозначим их ип) получим
1/(.д-1)-(5]л*») (1.3)
где Вп=\/Р'(ип). С учетом (1.3) и интегрирования (1.2) получим
уравнение
U и0 — ип
которое является трансцендентным. Выражение (1.4) справедливо для
всех режимов трубки, и требуется только изменение индексов при за-
писи, считывании или стирании.
Ток перезарядного считывания для мишени ео сплошным диэлек-
трическим покрытием, как известно, определяется интегрированием плот-
ности тока мишени по сечению луча ($л):
(1.5)
РДе /а.с — плотность тока считывающего луча; СМ;п —* удельная емкость
мишень — подложка. При этом необходимо учитывать изменение о*д—1
в процессе считывания и решать (1.5) совместно с (1.1) и (1.4).
15

Аппроксимация по методу Лагранжа ВЭХ (рис. 1.6) для области
медленных электронов имеет вид
P(l) =-l,68g3+3,4£2-l,72g, (1.6)
где £ = и/икр1—приведенное значение потенциала. Значения двух кор-
ней многочлена находятся из условий, принятых при аппроксимации
(кривая ад—1 проходит через нуль при и=0 и и— r/Kpi>поэтому £i = 0,
£2=1), а величина третьего определяется по коэффициентам перед вто-
рой и третьей степенями переменной \. С учетом (1.1) и (1.6) выраже-
ние (1.4) принимает вид
— 0,58 In
6
+ 25 In
6-1
•24,41n
1,02
So-l>02:
(1.7)
где
1
kpi
Си
kpi
-00
Решение (1.7) представлено на рис. 1.8. Здесь по оси ординат
отложена относительная величина потенциала поверхности диэлектрика
мишени, а по оси абсцисс — величина v, значение которой возрастает
с увеличением тока луча и уменьшается с увеличением скорости пере-
мещения луча по мишени. Кривые построены для различных значений
начальных потенциалов и0 диэлектрика мишени (g=g0 при v = 0). Ход
этих кривых можнв объяснить, исходя из вида вторично-эмиссионной
характеристики (рис. 1.6), на которой величина од—1=^к/^л—1 =
= (^к—Ул)[9л пропорциональна количеству заряда, наносимого на
диэлектрик мишени в единицу времени, и определяется расстоянием
кривой Од (и) от уровня 0~д=1.
В зависимости от режима рабо-
ты ЗЭЛТ используются различные
участки кривых. Так, для выравни-
вания потенциала диэлектрика мише-
ни, имеющего различные началь-
ные значения «о, следует работать
на нижнем нелинейном участке.
Обычно записанный потенциальный
рельеф при переводе из режима не-
разрушающего считывания в режим
стирания находится в Диапазоне на-
чальных значений от йуля До и0/икр^
Рис. 1.8. Изменение потенциала дй<
электрика в режиме медленных элек*
тронов
16

<0,3. Если записанный потенциальный рельеф перевести, например, на
участок и0/икр1 =0,5-5-0,8, стирание происходит только после его сме-
щения в нижнюю область, что требует больших величин v (см. рис. 1.8).
Полное стирание соответствует величине tf/tfkpi552 0 для максимального
исходного значения и0. Для обеспечения «глубокого» (например, для
случая мр<ыотс) или более равномерного стирания целесообразно про-
изводить поэтапное стирание, повышая скачкообразно ым.ст (через
определенные промежутки времени). При этом обеспечивается работа
в нижней нелинейной области кривых рис. 1.8 и уменьшение времени
стирания. На линейных участках происходит равномерное понижение
потенциалов диэлектрика без уменьшения диапазона изменения началь-
ных значений потенциалов (глубина записанного потенциального релье-
фа не изменяется).
Линейные участки характеристики используют при работе в режиме
неравновесной записи медленными электронами полутоновой информа-
ции, преобразуемой в ЗЭЛТ. Глубина записанного потенциального
рельефа на линейных участках может быть найдена из (1.2) при £=оо
и в предположении постоянства коэффициента вторичной эмиссии.
С учетом принятых обозначений #3/^Кр = 'зд — l)cpv,откуда
где (ад—1)Ср равно тангенсу угла наклона линейных участков семей-
ства кривых рис. 1.8 и для P(Q, заданного (1.6), равно — 0,24; /л.» —
плотность тока луча записи.
Для равновесной записи по катоду величина v (соответственно
плотность тока луча и параметры разверток луча записи) выбирается
непосредственно по рис. 1.8 из условия u/uKPi^Q для наибольшей глу
бины записанного потенциального рельефа, причем начальный потен-
циал «о соответствует разнЪсти между потенциалом диэлектрика ми-
шени, подготовленной к записи, и потенциалом катода для максималь-
ного входного сигнала. Так, для u9/uKpi = 0,3 величина v^3. Дальней-
шее увеличение v не изменит записанного потенциального рельефа.
Амплитуда входного сигнала и глубина записанного потенциального
рельефа при записи полутоновой информации и неразрушающем считы-
вании равны 3—6 В.
Перезарядная составляющая выходного тока в режиме разрушаю-
щего считывания вычисляется из (1.5) с учетом (1.6) и (1.7), где не*
обходимо заменить исходный потенциал |о на £3— иъ1а%^х — потенциал
записанного рельефа в относительных единицах. Если принять гауссов-
ское распределение плотности тока по Прямоугольным координатам
у', жестко связанным с центром луча считывания, движущегося с по^
стоянной скоростью vxC относительно прямоугольной Координаты xt
Жестко связанной с мишенью и совпадающей по направлению с *' (ко-
(1.8)
—00
2-1?

ординаты учу' совпадают), то
/л.с = /»с ехР
/ (х')г+(У')'\
■■ /ос ехр
(x~vxc q'+ (»')'
и выражение для выходного сигнала находим из системы уравнений
72|) x
(1.9)
<7вых=^г.7л.с^ j j (-1,685'+ 3,46»-1,726
t t 1 t . I 02
— 0,581n — -f 251n — -24,4In- -
ез 6з— 1 g3— 1.02
где ул.с=^2с/ос — ток луча считывания; яс= ул.с/(кя#с0*смикро-
эффективность коммутации; Ф(х'/Дс)—интеграл вероятностей; /0с —
плотность тока в центре луча считывания; Rc—эффективный радиус
луча считывания, при котором плотность тока уменьшается в е раз по
сравнению с уос; F — поправочный коэффициент, учитывающий про-
зрачность мишени.
Из решения системы (1.9) можно получить зависимость перезаряд-
ной составляющей выходного сигнала от глубины записанного рельефа
при разных параметрах Хс (рис. 1.9). Для всех параметров Хс сущест-
вуют восходящий и нисходящий участки. Максимум кривых сдвигается
вправо при увеличении Кс (например, за счет увеличения тока 2f л.ъ
или уменьшения скорости vxc), а восходящий участок становится более
протяженным и линейным, причем линейность свидетельствует о полном
считывании записанного потенциального рельефа. Кривые рис. 1.9 предпо-
лагают постоянной величину ga по поверхности мишени. Если происхо-
дит многократное перезарядное считывание, g3 изменяется, и чтобы это
учесть, необходимо перед каждым считыванием находить остаточный
потенциальный рельеф, используя уравнения (1.7). Так, после первого
считывания (/«оо, оо) величину £0 в поперечном сечении луча
находим для v«=xc ехр {—(//ro)*].
Вычислять увых в общем случае необходимо по (1.9) с учетом
распределения £3(*, у)- Значительное упрощение расчета возможно
при линеаризации кривых рис. 1.9. В области больших яс существует
протяженный участок, на котором применима линейная модель считы-
вания. Выходной сигнал ё цепи мишени состоит из Увых и тока под*
ложки мишени, образованного электронами, попадающими на не покры*
'8

тые диэлектриком участки. На величину тока подложки оказывает
влияние вторичная эмиссия из подложки мишени, зависящая от по-
тенциалов им.сч и и.
Рис. 1.9. Зависимость перезарядной составляющей выходного сигнала
от глубины записанного потенциального рельефа
б) Режим быстрых электронов
При облучении мишени электронным лучом происходит вторичная
эмиссия как с поверхности диэлектрика, так и с подложки. Вторичные
электроны имеют среднюю энергию около 2—3 эВ, большой разброс
начальных скоростей и вылетают под разными углами. Поэтому в за-
висимости от поля, образованного подложкой и зарядами, накопленны-
ми на диэлектрике (выравнивающая сетка имеет всегда более высокий
потенциал и расположена далеко от мишени), возможен обм*н вторич-
ными электронами между подложкой и соседними участками диэлек-
трика. Пока потенциал диэлектрика и остается ниже потенциала под-
ложки им на 4—5 В, вторичные электроны подложки или возвращаются
на подложку (медленные электроны), или уходят на выравниваю-
щую сетку (быстрые электроны), а на диэлектрик не попадают. Зави-
симость од от и для этого случая показана на рис. 1.6 сплошной ли-
нией. Дальнейшее повышение и сопровождается переходом вторичных
электронов с подложки на диэлектрик, в результате чего происходит
резкое уменьшение од (пунктирные кривые на рис. 1.6). При потен-
циале и = ирв, где ирв=им—(2-4-3) В, число вторичных электронов,
уходящих с диэлектрика, уравновешивается числом вторичных электро-
нов, приходящих с подложки, и электронов тока луча (ад=1). При
этом потенциал диэлектрика устанавливается неизменным (равновес-
2* 19

ным). Следует отметить, что равновесный потенциал ирв достигается
только со стороны низших потенциалов, так как невозможно создать
условия, при которых потенциал диэлектрика превысил бы потенциал
подложки. Поэтому на рис. 1.6 пунктирные кривые обрываются в точке
ад=1, а=ырв. Значение ырв однозначно определяется потенциалом иМь
и, следовательно, пунктирная кривая на рис. 1.6 может быть сдвинута
параллельно самой себе путем изменения ам.
Трудности экспериментального измерения ВЭХ в области арв обу-
словлены невозможностью выделения из выходного сигнала составляю-
щей тока подложки мишени, вторичная эмиссия из которой как раз и
уменьшает ад вследствие попадания вторичных электронов на диэлек-
трик. Нахождение закона перераспределения вторичных электронов под-
ложки мишени требует решения сложных траекторных уравнений с уче-
том скоростного и пространственного распределений электронов, гео-
метрии узла мишени и конкретных величин им и и. Поэтому для
упрощения расчетов примем полиномиальную аппроксимацию эквива-
летной ВЭХ в область арв. Это позволяет изменением коэффициентов
подобрать необходимую зависимость (од—1) от и, удовлетворяющую
с достаточной точностью экспериментальную зависимость косвенных
измерений, например, потенциала диэлектрика мишени.
Наиболее подходящий полином имеет вид
Г ад.м-
("i) = { — К.м-
1 при их< — 4В;
Р(иг) = { — (адм - 1) (0,025^ + 0,26гг2д + 0,88а,) (1.10)
при —4Ba^«j^0,
где и\ — потенциал диэлектрика, отсчитанный от равновесного щ=
= и—арв; (Од.м—1)—величина, определяемая по сплошной кривой
рис. 1.6 при величинах, близких к и.
Подставляя (1.10) в (1.2), получаем после интегрирования
tt1 = h10 + v1 при —4В;
и\0(0,025и\ + 0,26а, + 0,88)
0,571п-
а2,(0,025а21в + 0,26а10 + 0,88)
1,98 arctg
0,34а10а1+ 1,75(а10 + а,) + 11,9
при —4В^а10<10,
(111)
t
где v. \ jjidt.
J"
—оо
Решение уравнений (1.11) относительно потенциала и{ при разных
начальных величинах «i0 = ^ajVl_o показано на рис. 1,10. Повышение.
20

Рис. 1.10. Изменение потенциала
диэлектрика в режиме быстрых
электронов
потенциала щ до величины
—3 В происходит по линейно-
му закону, и протяженность
линейного участка зависит от
исходного потенциала подготов-
ленной к записи мишени, что tf/sfa-«pB),B
необходимо учитывать при вы-
боре режима трубки.
Нелинейные участки являются рабочими при низковольтной равно-
весной записи по мишени и в режиме подготовки, когда независимо от
исходного потенциального рельефа соответствующим выбором величи-
ны vi потенциал диэлектрика мишени под лучом доводится примерно
до НрВ. Сканирование мишени растром в режиме подготовки позволяет
выравнять потенциальный рельеф по площади мишени и обеспечивает
выбор рабочих точек на вторично-эмиссионной характеристике перед
стиранием и считыванием.
Из сравнения величин Vi при /=оо и (1.8) следует, что глубина
записанного потенциального рельефа в режиме быстрых электронов для
«i<3 В и неравновесной записи по катоду или управляющему элек-
троду может быть найдена по известным величинам (сгд—1) рис. 1.6.
При этом предполагается постоянство величины о~д в пределах запи-
санного потенциального рельефа. На участке 10 В^и^160 В допусти-
мыми являются линейная аппроксимация (сгд—1) и линейная ампли-
тудная характеристика неравновесной записи по мишени.
Режим равновесной записи по мишени реализует функции нало-
жения и записи бистабильной информации без предварительных подго-
товки и стирания, а также преобразования полутоновой информации
в бистабильную на заданном уровне квантования рельефа.
Экспериментальные исследования способов записи показали целе-
сообразность применения неравновесной записи по управляющему элек-
троду и катоду при времени формирования кадра от десятков милли-
секунд до десятков секунд, причем с уменьшением скорости сканиро-
вания луча записи необходимо выбирать рабочие точки на ВЭХ в обла-
сти малых значений (сгд—1) и смещать рабочую точку по записи (и0зп
на рис. 1.4, 1.5) к напряжению запирания г/МоД.з.
Неравновесная запись по мишени предпочтительна для малой ско-
рости сканирования. Она целесообразна при времени формирования
кадра от единиц секунд до десятков минут. Перспективным для сопря-
жения с медленно сканирующими датчиками является режим равновес-
ной записи по катоду или мишени (для режима медленных электро-
21

нов), применяемый при времени формирования строки, большем 2—
4 мс.
В режиме неразрушающего считывания выходной сигнал не зави-
сит от скорости сканирования во всем рабочем диапазоне скоростей
ЗЭЛТ. При разрушающем считывании скорость сканирования влияет
на эффективность коммутации луча [см. Хс в (1.9)], от которой зави-
сит выходной сигнал (см. рис. 1.9).
1 1 I т I iх! h Гг 1>4 11
Q iOO 800 1200160020002400 N,
Рис. 1.11. Пространственно-частот-
ные характеристики трубок:
/—ТМЕ-1238; 2 — ТМЕ-1239; 3 — IM-5000ST;
4 — ТН-8803
В настоящее время в зависимости от назначения разработаны раз-
личные типы ЗЭЛТ с кремниевой мозаичной или штриховой мишенью
[16, 18, 21], различающиеся по основным техническим параметрам
(табл. 1.1). Они выгодно отличаются от других трубок с электриче-
скими входным и выходным сигналами практическим отсутствием «ми-
крофонного» эффекта, наблюдаемого в виде затухающих колебательных
изменений выходного сигнала при переводе ЗЭЛТ из режима записи
или стирания в считывание; устойчивостью от «прожигания» мишеней
при случайном исчезновении сигналов отклонения разверток электрон-
ного луча; пониженными напряжениями на электродах. Минимальное
время записи кадра информации составляет 3 мс и время стира-
ния 33 мс.
Более высокие скорости записи получены в ЗЭЛТ, использующих
мишени из сплошного диэлектрического слоя, на который нанесена ме-
таллическая сетка [22]. Значительное снижение емкости сигнальная
пластина — поверхность диэлектрика в таких конструкциях позволило
втрое увеличить скорость записи и достичь минимального времени за-
писи 2 м.кс на диаметр мишени. Сигнальной пластиной в данной мише-
ни является металлическая сетка. Повышение скорости отклонения
электронного луча достигнуто в ЗЭЛТ с электростатическим откло-
нением.
Время считывания при телевизионных вещательных развертках
отклонения на всю полезную площадь мишени находится в диапазоне
5—60 мин, а время хранения исчисляется неделями. Большинство ЗЭЛТ
имеют возможность однократно записывать и стирать информацию по
всей площади мишени за один телевизионный кадр (стандарт веща-
тельный). Разрешающая способность, измеренная методом сжатого
растра, при коэффициенте модуляции выходного сигнала М+=0,5 со-
22

Фирма, страна
Princeton Elec-
tronic Product,
США
1
Thomson CSF,
Франция
Siemens, ФРГ
НиппонДЭНКИ,
Япония
СССР
е —- магнитные.
Параметры |
Максимальное
напряжение, В
ssss
ч*1 coco ts.
II
750
750
1500
500 !
1300
1300
600
) луча; остальны
Диаметр
ЗЭЛТ., мм
CO CO
см CO
CO oo CO
см со CM
CO GO 00 '—11—1
см со со Ю Ю
со
CM
26
38
38
26
ке электронной:
Время стира-
ния, мс
о о со CO
со о
CO О
—< CO
33
33—40
33
33—40
120
о
см
coco
со со
40—160
160
160
40
ювку и отклонен!
Время считы-
вания, мин
CM CM О Q
i-ч —* см со
ю о о
ю
о
Ю
о
со
10
10
10
10
Ток сигнала,
мкА
00 N.
ft1*—
о о"
см см CM
o"oo
см см см см CM
o"o"o о о
CM
о
см см
о о
0,4
0,2
0,2
0,2
меет электростап
Количество
полутонов
см
ООО
ooooo
о
1
10
10
10
10
типа ТМЕ-1248 и
Разрешение
[тв. л]
1111
111
1400
1200
1900
600
2700
»
650
1200
800—1000Г
1500
2000
1200
а и и е. ТруСка
й
С
•К
Н
IM-800HS
IM-1200HS
IM-50OOST
Lithocon II
C-22041
C-22Q45
C-22Q47
< <
eg oS c^oo
со со со 3?
см см см cog
^777oo
еашщщоо
E-HHHH
XS-1000
LD-6016
LD-6022
ST
си
к
5М CM CM СМ £
23

ставляет 350—2700 телевизионных линий на диаметр мишени (МТВф).
Пространственно-частотные характеристики (ПЧХ) для некоторых
ЗЭЛТ, измеренные методом сжатого растра, при неразрушающем счи-
тывании и неравновесной записи лучом быстрых электронов в области
максимального ад, показаны на рис. 1.11.
На основе ЗЭЛТ разработаны различные специализированные бло-
ки аналоговой памяти, а также универсальные преобразователи элек-
трических сигналов, например РЕР-400, РЕР-402, РЕР-500 (США),
TTV-3900, ТН-7500 (Франция), УП-4 (СССР) и др. Частотный диапа-
зон преобразования сигналов находится в диапазоне от постоянного
тока до 30 МГц.
1.3. Двухлучевые ЗЭЛТ для преобразования разверток
Конструкция двухлучевой ЗЭЛТ [16, 20] показана на рис. 1.12,а.
Она содержит две электронно-лучевые видиконные системы, располо-
женные по разные стороны от мишени, представляющей собой тонкую
диэлектрическую пластину (толщиной несколько микрон) с нанесенной
на ней металлической сеткой (рис. 1.12,6). Функциональными отли-
чиями этих трубок от ЗЭЛТ с кремниевой мозаичной или штриховой
мишенью являются возможность совмещения во времени режимов счи-
Фокушрующее попе Фокусирующее попе
1 считывания $ записи 4
Рис. 1.12. Двухлучевая ЗЭЛТ:
а —устройство зэлт; а 4 — фокусирующие катушки; 2, 5—корректирующие ка*
тушки* 3 — отклоняющие катушки; 6, 16 — катоды; 7, 15 — управляющие электро-
ды- 8,' 14— первые аноды; 9, 13— стирающие электроды; 10, 12 — вторые аноды;
// — выравнивающие сетки; б —устройство мишени; / — проводящая сетка; 2--
диэлектрик; в — сигналы считывания в цепи мишени (,7сч1) и выравнивающей
сетки (Jc42)
24

Пушка считывания
Металлическая
сетка
Считывание
Пушка записи
Вырабнибающие сетки
Диэлектрик
мод.з
Отирание
if
мод.ст
"Ш: I
тага
X—
Запись
f4
i
-'мод.з
Считывание
i г||-ЛЮ|
Стирание
ч
мод.ст
Считывание \ фов\
Запись
иш+ии Ф
Рис. 1.13. Иллюстрации режимов считывания (а), стирания (б) и за-
писи (в) лучом считывания; режимов стирания (г) и записи (д) лучом
записи и считывания считывающим лучом
тывания и записи (или стирания) информации и вытекающие из этого
дополнительные возможности преобразователей на их основе. Секция
считывания трубки не отличается от рассмотренной выше ЗЭЛТ, по-
этому режим неравновесной записи по различным электродам, режимы
считывания и стирания и соответствующие потенциальные диаграммы
2§

рис. 1.4 и 1.7 применимы в данном случае. Лучом пушки считывания
можно производить считывание, стирание и запись информации. Ме-
таллическая сетка является сигнальным электродом ЗЭЛТ. Типовые
режимы неразрушающего считывания, стирания и неравновесной заци*
ей по управляющему электроду лучом быстрых электронов представ-
лены схематически на рис. 1.13, а—в.
В режиме считывания потенциал мишени равен, как показано на
рис. 1.13,а, «м.сч^б В, а потенциальный рельеф диэлектрика распо-
ложен в диапазоне —10 В<мд.м<—5 В, т. е. между величинами, рав-
ными потенциалу отсечки (—10 В) и максимальному значению (—5 В)
потенциала диэлектрика на соответствующей управляющей характери-
стике ЗЭЛТ. На участках Ид.м^—10 В электроны луча считывания, не
достигнув поверхности сетки мишени, отражаются в сторону выравни-
вающей сетки, а на участках и^м——5 В попадают на сетку мишени,
образуя при этом максимальный сигнальный ток. В цепи мишени и вы-
равнивающей сетки считывания образуются сигнальные токи (см.
рис. 1.12,в), отличающиеся по амплитуде и полярности.
В режиме стирания потенциал мишени повышается на 10 В, т. е.
до «м.ст = 15 В. Ввиду того что емкость между сеткой мишени и по-
верхностью диэлектрика значительно больше емкостей между диэлек-
триком мишени и другими электродами ЗЭЛТ, потенциалы диэлектрика
также повысятся на 10 В и перейдут в область 0^мд.м^-|-5 В. Так
как ^д.м<^Кр!» равномерно сканируемый луч медленных электронов
понижает потенциал диэлектрика до равновесного значения ид>м^0,
что показано на рис. 1.13,6. Если после стирания перейти в режим
считывания (им.сч=5 В), потенциал диэлектрика будет иметь одина-
ковое по всей поверхности мишени значение, равное —10 В, которому
соответствует ^Сч1 = 0. Если после стирания перевести ЗЭЛТ в режим
записи, повысив потенциал мишени, например, до нм.зп = 200 В (см.
рис. 1.13,в), то потенциал диэлектрика мишени мд.м=200—15=185 В
окажется смещенным в область быстрых электронов и относительно
ид.м = 185 В сформируется положительный потенциальный рельеф, со-
ответствующий входному сигналу, который модулирует плотность тока
луча. Максимальная глубина записанного рельефа равна 5 В, поэтому
при переходе из режима записа в режим считывания потенциальный
рельеф будет расположен в области —10^мд.м^—5 В, как показано
на рис. 1.13,а.
Возможность записи и стирания информации секцией записи обу-
словлена особенностью конструкции мишени, которая состоит в том,
что емкость между поверхностями диэлектрика, имеющего малую тол-
щину, значительно выше емкостей между сеткой мишени и отдельными
поверхностями диэлектрика. Поэтому любое изменение потенциала на
одной стороне диэлектрика (например, на участке А рис. 1.12,6) при-
водит практически к такому же изменению потенциала диэлектрика на
другой стороне (на участке Б рис. 1.12,6). Потенциальный рельеф, за-
писанный на диэлектрике лучом секции записи, изменяет на соответ-
2а

ствующую величину потенциал диэлектрика со стороны секции считы-
вания (который после стирания имеет одинаковое значение), в резуль-
тате чего считывание сигнала происходит аналогично случаю, показан-
ному на рис. 1.13,а. Для того чтобы в ЗЭЛТ одновременно происходили
считывание и запись сигналов и чтобы обеспечить для секции записи
режим быстрых электронов, на катод луча записи необходимо подать
отрицательное напряжение, относительно которого заданы рабочее сме-
щение и входной сигнал по управляющему электроду, как показано
на рис. 1.1 ЗД
Для режима стирания лучом секции записи необходимо обеспечить
разность потенциалов между катодом и мишенью, меньшую ик?1, что
требует, например, при потенциале мишени wM.cT=wM.c4==-f-5 В подачи
на катод луча записи потенциала ык.з =—10 В, как показано на
рис. 1.13,г.
Одновременная запись и считывание информации исключает потери
информации, возможные в однолучевых ЗЭЛТ при переводе их в ре-
жим записи и стирания и позволяет следить за входным сигналом
в процессе записи. Чтобы исключить влияние секции записи (исключить
взаимные помехи), выходной сигнал необходимо снимать с выравни-
вающей сетки секции считывания (^счг).
Одновременное считывание и стирание сигнала (потенциал катода
пушки записи имеет значение —10 В) позволяет в широких пределах
изменять время считывания ЗЭЛТ, что важно для устройств преобра-
зования динамической информации. Типовыми трубками данного класса
являются однодюймовые (ТМЕ-1496) и полуторадюймовые (ТМЕ-1507)
ЗЭЛТ, разработанные французской фирмой Thomson. Эти ЗЭЛТ обес-
печивают однократную запись и стирание сигналов на всей мишени
в течение кадра длительностью 33—40 мс, непрерывное считывание
в течение 10 мин, время хранения — несколько дней, передачу полуто-
нов вещательного телевидения. Ток выходного сигнала этих трубок
0,2—0,4 мкА. Разрешающая способность на уровне М+ = 0,5 равна со-
ответственно 800 и 1200 телевизионных линий.
1.4. Высокоскоростные ЗЭЛТ для исследования быстропротекающих
процессов
Конструктивно ЗЭЛТ выполнена в виде двустороннего преобразо-
вателя разверток (рис. 1.14) с расположенными по разные стороны от
мишени прожекторами записи и считывания [10]. Данная трубка явля-
ется этапом дальнейшего развития низкочастотной ЗЭЛТ для преобра-
зования разверток [9], в которой значительное повышение быстродей-
ствия по отклонению достигается применением специальной высокочас-
тотной отклоняющей системы луча записи. Высокая скорость записи
по мишени обусловлена многократным усилием заряда, происходящим
в кремниевой мозаичной мишени при бомбардировке ее электронами
с высокими энергиями.
27

Конструкция мишени (рйс. 1.15) такая же, как и в передающей
телевизионной трубке типа суперкремникона. Она состоит из мозаики
р-п переходов, образованных на кремниевой пластине /i-типа диамет-
ром 25 мм стандартными технологическими методами производства
интегральных схем. Диаметр диодов — порядка 5 мкм, а расстояние
между их центрами 12,5 мкм. Диоды изолированы между собой участ-
ками из двуокиси кремния.
Рабочая поверхность мишени, сканируемая электронными лучами,
представляет собой прямоугольник с размерами 0,95X1,27 см, распо-
ложенный в ее центре. Процессы считывания сигнала подобны процес-
сам, происходящим в передающих трубках видиконного типа. Потен-
циал подложки мишени составляет величину порядка —(— 10 В. На
рис. 1.16 показана потенциальная диаграмма при последовательной ра-
боте ЗЭЛТ в режимах считывания, записи, считывания. Медленные
электроны луча считывания понижают потенциалы участков р-типа
к потенциалу, близкому к катодному, что приводит к обратному сме-
Лрожектор считывания Прожектор записи
Сканируемая
обпасть
Луч ^>
считыва-
ния
2
записи
Выход-
ной сиен an
Потенциап подпожки
мишени
Рис. 1.14. Конструкция высо-
коскоростной ЗЭЛТ для пре-
образования разверток:
1 — дефлектрон; 2 — мишень; 3 —
фокусирующая катушка; 4 — высо-
кочастотная отклоняющая система
Рис. 1.15. Мозаичная диодная
мишень:
/ — двуокись кремния; 2 — рези-
стивный слой; 3 — участки р-типа;
4 — подложка из кремния л-типа;
5 — область п+
28

щению мозаики диодов мишени и образованию обедненной носителями
области на границах р-п переходов.
При записи электроны луча записи, имеющие энергию 10 кэВ (по-
тенциал катода пушки записи равен —10 кВ), бомбардируют мишень
с противоположной стороны и образуют в подложке мишени большое
число электронно-дырочных пар. Дырки диффундируют через мишень,
движутся в область обеднения и разряжают р-участки обратно сме-
щенных диодов в тех областях, куда попадает электронный луч запи-
^m>Vt Считыбание
+ 10 д
Режимы
Запись
-Ш6
Луч
запаси.
СштыВание
^к.зп
Заперт Отперт Заперт
Рис. 1.16. Потенциальная диаграмма режимов:
им> и япи » и„ри— потенциалы подложки, п- и р- областей; "к.сч=0» "к зп"3
—10 кВ — потенциалы катодов лучей считывания и записи
си, перемещающийся по поверхности мишени. Входной сигнал подается
на отклоняющую систему по вертикали, а на отклоняющую систему
по горизонтали подаются пилообразные напряжения развертки.
Происходит осциллографическая запись потенциального рельефа. При
растровом сканировании считывающим лучом происходит выравнивание
потенциального рельефа к равновесному значению, а перезарядные про-
цессы образуют в цепи подложки выходной сигнал считывания, кото-
рый в дальнейшем может усиливаться и обрабатываться. Поскольку
для создания в кремнии электронно-дырочной пары необходима энергия
3,5 эВ (экспериментальные значения находятся в диапазоне 3,2—
4,2 эВ), каждый электрон луча записи с энергией 10 кэВ должен обра-
зовать примерно 2800 пар, но из-за рекомбинации носителей заряда и
обратного отражения некоторых электронов эффективный коэффициент
усиления заряда составляет порядка 2000. Поверхностная рекомбинация
уменьшается путем нанесения тонкого слоя л+, который создает поле,
отталкивающее носители от поверхности внутрь подложки мишени. Для
обеспечения высоких значений разрешающей способности трубки и ко-
29

мкА\
0,3
0,2
0,1
/Ток
сигнапа
а \
утечки.
Ток
сигнапа
эффициёнта усиления заряда толщина подложки мишени и слоя л+
должна быть соответственно 10 мкм и десятые доли микрона.
На диодной стороне мишени нанесен полупроводниковый резистив-
ный слой, который предотвращает возможность зарядки диэлектриче-
ских участков мишени электронами луча считывания до величины по-
тенциалов, нарушающих режим считывания. Проводимость резистив-
ного слоя и его толщина влияют на время считывания сигнала [9].
В ЗЭЛТ используется триодная конструкция прожектора записи
с однократным ускоряющим напряжением 10 кВ, позволяющая форми-
ровать апертуру луча 25 мкм, максималь-
ный ток 3—10 мкА и обеспечивающая воз-
можность непосредственной подачи сиг-
нала от внешних источников сигнала или
широкополосных усилителей на откло-
няющую систему. В качестве вертикаль-
ной отклоняющей системы луча записи
применены две расположенные друг против
друга спиральные линии задержки, кото-
рые обеспечивают чувствительность откло-
нения 24 В на полную высоту отклонения,
полосу пропускания 2,5 ГГц и находятся
0,2 035 (так же как и мишень) под потенциалом,
Ток утечки} МКА близким к потенциалу земли. Для откло-
нения луча считывания применяется де-
флектронная система. Уменьшение выход-
ного сигнала во времени связано с пере-
зарядными процессами на мишени. Полный
перезаряд участков, на которых записан
сигнал, происходит при многократном сканировании.
Существенное влияние на формирование выходного сигнала ока-
зывает ток утечки мишени, который является темновым током обратно
смещенных диодов. Ток утечки зависит от температуры (изменение тем-
пературы на 10° вызывает удвоение его величины) и потенциала ми-
шени (в диапазоне от 8 до 16 В ток утечки возрастает на 10 % при
изменении напряжения на 1 В). Он приводит к повышению равновес-
ного потенциала считывания и является постоянной составляющей тока
мишени, от которой отсчитывается полезный выходной сигнал. Темпе-
ратурное изменение темнового тока необходимо учитывать и компенси-
ровать в схемах обработки сигнала. Зависимость тока мишени и сиг-
нала от тока утечки при потенциале мишени —[—10 В показана на
рис. 1.17, откуда следует возможность повышения тока сигнала при
увеличении утечки. Однако при этом необходимо учитывать уменьше-
ние динамического диапазона ЗЭЛТ и увеличение составляющей шума
в выходном сигнале. Кривые рис. 1.17 измерялись в процессе первого
сканирования длительностью 16,6 мс после однократной записи осцил-
0J
Рис. 1.17. Изменение
тока сигнала и мишени
в зависимости от тока
утечки
30

лограммы из пяти периодов синусоидального сигнала частотой 500 МГц
на всю сканируемую область мишени.
Шумовые характеристики секции считывания подобны характери-
стикам обычных видиконов. Шумы, вносимые секцией записи, обуслов-
лены флуктуацией числа носителей, образованных электронами луча
записи, рекомбинацией заряда на поверхности и диффузией носителей
в мишени. При оптимальной геометрии мишени и коэффициенте усиле-
ния 2000 для тока луча записи 3 мкА и скорости записи, близкой к пре-
дельной, шумами секции записи можно пренебречь. При значительном
Q2 0,4 I 0.6 1*1012 Скорость
I запаси, т.п/с
05 Частота ГГц
100 200 500 400 бООтв.п
Рис. 1.18. Выходной сигнал и Рис. 1.19. Пространственно-час-
отношение сигнал/шум при раз- тотные характеристики ЗЭЛТ для
ных скоростях записи центра (1) и краев (2) мишени
увеличении коэффициента усиления мишени необходимо учитывать флук-
туацию электронов в луче записи, поскольку в этом случае образова-
ние достаточно большого количества носителей заряда происходит
всего несколькими электронами луча.
Изменение выходного сигнала (при первом сканировании) и отно-
шения сигнал/шум при увеличении скорости записи показано на
рис. 1.18. Кривые /, 2} 3 приведены соответственно для токов луча 3,
2 и 1 мкА. Скорость записи выражена в единицах «толщин линий в се-
кунду» (т. л/с), а соответствующий масштаб частот однократно запи-
сываемых синусоидальных сигналов показан отметкой 0,5 ГГц. При
токе луча записи 3 мкА и скорости 2-1012 т. л/с отношение сигнал/шум
равно 3. Поскольку в процессе многократного считывания потенциалы
поверхности участков мишени с проводимостью р-типа, на которых был
записан сигнал, понижаются к равновесному значению и диоды мо-
заики становятся обратно смещенными, подготовка мишени к новой
записи происходит без введения дополнительных режимов стирания и
подготовки.
Пространственно-частотные характеристики ЗЭЛТ для максималь-
ного сигнала считывания 0,2 мкА при измерениях методом сжатого
31

растра показаны на рис. 1.19 (кривые / и 2 соответственно для центра
и краев мишени). Разрешающая способность, измеренная в количестве
телевизионных линий (тв. л) на ширину сканируемого участка, равна
400 для центра мишени (на уровне 0,5 по М+). Наибольшее влияние
на ПЧХ ЗЭЛТ оказывает апертура луча записи и наименьшее — мо*
заичная структура мишени.
Данная ЗЭЛТ используется для преобразования высокочастотных
однократных или повторяющихся сигналов в более низкочастотные сиг*
налы, выводимые после обработки в аналоговой или цифровой форме.
На ее основе разработаны приборы для исследования переходных про-
цессов, имеющих место при лазерном термоядерном синтезе, инфра-
красной локации, метеорологии, испытаниях ядерных и обычных взрыв-
чатых веществ, наблюдении процессов в линиях передачи энергии
и т. д. [41].
1.5. ЗЭЛТ для емких и быстродействующих ЗУ ЭВМ
На протяжении многих лет между ЗУ с электронными методами
выборки информации и электронно-механическими ЗУ, широко исполь-
зуемыми во внешних накопителях информации ЭВМ, существует зна-
чительный разрыв (на 4—5 порядков) в величинах времени выборю*
информации. Преодоление этого различия возможно благодаря разра-
ботке быстродействующих ЗЭЛТ, в которых запись, считывание и сти-
рание информации осуществляются электронным лучом. Улучшение тех-
нологии запоминающих мишеней и разработка новых электронно-опти-
ческих систем фокусировки и отклонения позволили создать на основе
ЗЭЛТ емкие и быстродействующие ЗУ (ЗУ с адресацией электронным
лучом — ЭЛУ ЗУ) хдля накопления и обработки двоичной информации
ЭВМ. Данные ЗЭЛТ являются качественно новой ступенью развития
так называемых трубок Вильямса, которые применялись в 50-х годах
в устройствах памяти ЭВМ. В последнее время эти приборы
разработаны с использованием сплошной диодной мишени и мишени
в виде мозаики конденсаторов.
а) ЗЭЛТ с диодной мишенью
Конструкция мишени и основные элементы ЗЭЛТ [И, 23], которая
в США получила название BEAMOS, показаны на рис. 1.20 и 1.21.
Подложкой мишени служит слабо легированный кремниевый полупро-
водниковый слой р-типа, на котором нанесен полупроводник л-типа,
толщиной 2 мкм и удельным сопротивлением 10 Ом-см. Полупровод-
ник /г-типа, слой двуокиси кремния и алюминиевая пленка образуют
сплошную емкостную структуру металл — окисел — полупроводник
(МОП), в которой на небольших участках происходит формирование
и запоминание зарядов, соответствующих входной двухуровневой
информации (логическим нулям и единицам). Общая толщина слоя
алюминия и двуокиси кремния равна 0,35 мкм, и электронный луч,
32

Адрес
страницы
Адрес
линзы
Ввод
данных
Рис. 1.20. Электронно-оптическая система ЗЭЛТ для цифровой памяти:
/ — усилитель считывания; 2—коммутатор напряжения диэлектрического слоя;
3 — усилитель записи; 4— катод; 5—модулятор; 5 —селектор линзы (первая сту-
пень отклонения); 7—матричная линза; 8 — селектор страницы (вторая ступень
отклонения); 9—мишень
Рис. 1.21. Конструкция
мишени ЗЭЛТ для циф-
ровой памяти:
/ — кремний р-типа; 2 —
кремний л-типа; 3 — дву-
окись кремния; 4 — алюми-
ний
Электрон-
ный
луч
Стирание
^Напряжение
смещения
р-п перехода
Выходной
1>—°
сигнап
энергия которого во всех режимах равна примерно 10 кэВ, проникает
в слой полупроводника л-типа. Между полупроводниковыми слоями
приложено внешнее напряжение, смещающее диодный переход в обрат-
ном направлении.
В режиме записи потенциал слоя алюминия устанавливается поло-
жительным (несколько десятков вольт) относительно я-слоя и внутри
двуокиси кремния образуется электрическое поле. Быстрые электроны
луча записи, который отклонен в необходимую точку мишени и отпи-
рается с приходом входной информации (например, логической едини-
цы), образуют внутри слоя двуокиси кремния электронно-дырочные
пары. Под действием электрического поля происходит разделение за-
3-17
33

рядов. Электроны стремятся к проводящему слою алюминия, а дырки
смещаются к границе с полупроводником, образуя в узкой области по-
ложительный заряд. Формирование положительного заряда и, следова-
тельно, запись логической единицы происходит при напряженности поля
р диэлектрике порядка 5-10е В/см. Этот заряд может сохраняться
впоследствии при запертом луче и отключенном источнике напряжения
между проводящим и диэлектрическим слоями. Если электронный луч
попадает на мишень при отсутствии поля внутри диэлектрика или,
более того, при отрицательном значении потенциала алюминиевого
слоя относительно полупроводника л-типа, происходит рекомбинация
образовавшихся электронно-дырочных пар и стирание записанного по-
тенциального рельефа. После режима стирания мишень равномерно
подготовлена к новой записи и отсутствие зарядов на границе диэлек-
трик — полупроводник соответствует сигналу считывания логическо-
го нуля.
В режиме считывания электроны луча образуют в л-области мно-
жество электронно-дырочных пар, вследствие чего в полупроводнике
происходит многократное усиление заряда (как в высокоскоростной
ЗЭЛТ). Условия рекомбинации зарядов в л-области и, следовательно,
коэффициент усиления мишени существенным образом зависят от нали-
чия на границе диэлектрик — полупроводник положительного заряда,
который разделяет траектории движения электронов и дырок, направ-
ляя дырки (образующие сигнальный ток) в область обратно смещен-
ного перехода. С учетом потерь энергии электронов в слоях алюминия
и двуокиси кремния коэффициент усиления мишени для электронов
луча считывания с энергией 10 кэВ равен 1400 или 100 соответственно
для участков мишени, где записан или отсутствует положительный
заряд в объеме диэлектрика. Каждый повторный цикл считывания ча-
стично нейтрализует записанный заряд, что приводит к уменьшению
выходного сигнала и необходимости периодической перезаписи посту-
пающей информации. Для типовых значений тока луча и скорости счи-
тывания перезапись производится через 20 циклов считывания.
Исследования режима считывания [24] с учетом физических про-
цессов, происходящих на границе раздела диэлектрик — полупроводник
под действием положительного зарядного рельефа, влияния алюминие-
вой пленки и траекторий движения электронов, показали, что эквива-
лентная схема мишени подобна системе с распределенными параметра-
ми. Полезный сигнал проходит через малую диодную, а не через боль-
шую МОП емкость, в которой записана информация. Частотная харак-
теристика мишени для выходного сигнала, которая определяется
величинами диодной емкости и сопротивлением полупроводника л-типа,
показана на рис. 1.22. Уменьшение диодной емкости расширяет частот-
ный диапазон ЗЭЛТ и увеличивает отношение сигнал/шум. Основной
составляющей шумов в выходном сигнале являются шумы предвари-
тельного усилителя, частотная характеристика которого определяется
34

Рис. 1.22. Частотная
характеристика
мишени:
/—без учета влияния проводящего слоя; 2 —
с учетом проводящего слоя
-20
•40\
I
I
J
I
N
3\
\
ю1
Ю3 105 10? 1Q9
Частота^
после которо-
величинои выходной емкости мишени.
Для ЗЭЛТ, работающей при скорости
считывания 10 Мбит/с, отношение
сигнал/шум равно 15 для тока луча
считывания 12 нА. Ток луча считыва-
ния можно увеличить до 100 нА. Уве-
личение тока при этом приводит к про-
порциональному уменьшению числа циклов считывания,
го необходима перезапись сигнала.
Скорость записи информации в ЗЭЛТ ограничена величиной тока
луча записи и составляет 10 Мбит/с для тока 0,2 мкА.
Для отклонения и формирования электронного луча в трубке
используется специальная электронно-оптическая система, обеспечиваю-
щая высокую точность вывода луча в заданную точку на поверхности
мишени. Высокую координатную точность адресации электронного луча
обеспечивает матричная линза, представляющая собой решетку фоку-
сирующе-отклоняющих систем. Разработанные ЗЭЛТ имеют, например,
матричные линзы с количеством элементов 32X32 или 18X18 [И].
Каждая отдельная линза вырезает из электронного луча в поперечном
сечении площадку, пространственное положение которой зафиксировано
с высокой точностью. Отклонение электронного луча в область отдель-
ных линз осуществляется с помощью электростатической системы, на-
зываемой селектором линзы или первой ступенью отклонения луча.
После матричной линзы электронный луч управляется второй ступенью
отклонения — селектором страницы, который осуществляет более точное
отклонение в пределах страницы. Такая нониусная система отклонения
позволяет задать 6-10е дискретных положений луча на площадке 1 см2,
используя при этом электронные цепи уравнения средней стабильности.
В то же время одноступенчатая система с высокостабильными цепями
управления может обеспечить не более 1,7-105 положений электронно-
ного луча.
Информационная емкость одной ЗЭЛТ, мишень которой состоит из
четырех МОП структур, равна 32 Мбит, и время произвольной выборки
информации — не более 30 мкс. Длина трубки равна 61 см, а ее диа-
метр — 5 см. Реальными являются ЗЭЛТ с информационной емкостью
512 Мбит [25].
б) ЗЭЛТ с конденсаторной мозаичной мишенью
В трубке применены электростатические фокусировка и система
отклонения электронного луча, мишень в виде мозаики микроконденса-
торов и система с вторично-электронным умножителем для усиления
3* 35

сигнала считывания [11]. Мишень ЗЭЛТ (рис. 1.23) представляет со-
бой МОП структуру с вытравленными в двуокиси кремния углубления-
ми, в которых нанесены металлические контакты. Эти контакты явля-
ются обкладками микроконденсаторов, на которых происходит накоп-
ление и хранение зарядов, наносимых электронным лучом. Общей
обкладкой микроконденсаторов является подложка мишени (сильно
легированный кремний), от которой сделан электрический вывод для
установления потенциала в разных режимах работы трубки. Второй
электрический вывод сделан от металлических участков (затвор), обра-
зованных на внешней поверхности двуокиси кремния. Потенциал затво-
ра во всех режимах равен нулю.
Запись, считывание и стирание происходит в режиме быстрых элек-
тронов электронным лучом с энергией, близкой к 2 кэВ (катод ЗЭЛТ
под потенциалом — 2 кВ). Вследствие того что од>1, потенциалы
обкладки любого микроконденсатора под действием электронов первич-
Рис. 1.23. Конструкция мишени:
/ — микроконденсаторные металличе-
ские запоминающие элементы; 2— крем-
ниевая подложка; 3 — металлический
затвор

ного луча Повышаются й Стремятся к равновесному потенциалу. Вели-
чина равновесного потенциала определяется условиями отбора вторич-
ных электронов, зависит от потенциала затвора и равна -j-2 В.
В режиме считывания потенциал подложки мишени им=—50 В,
а потенциалы обкладок микроконденсаторов, на которых записаны ло-
гические „1" и „0", равны соответственно mj« =—40 В и «>0. =-f2 В,
как показано на рис. 1.24,а, в. Потенциал и„\, в процессе многократ-
ного считывания постепенно увеличивается и приближается к равно-
весному значению +2 В, т. е. к значению и„о«, поэтому со временем
необходима периодическая перезапись сигнала. При считывании сигнала
Рис. 1.25. Система считыва-
ния:
/ — электрод электронного зеркала
(ы=—150 В); 2— барьерный элект-
род (н=—40-И00 В); 3—предвари-
тельный динод; 4 — коллектор нуля
(ы=+2 В); 5—мишень; 5 —экран
дефлектора; 7 — коллектор выход-
ного сигнала; 8 — усилитель
и„\т логической „1" (см. рис. 1.24,а) вторичные электроны, эмитируе-
мые поверхностью затвора, имеют среднюю энергию 2 эВ. Вторичные
электроны от обкладки микроконденсатора дополнительно ускоряются
перепадом напряжения 40 В и в области мишени имеют энергию, близ-
кую к 42 эВ. Распределение вторичных электронов по энергиям при
считывании сигнала, соответствующего логической «1», показано на
рис. 1.24,6. Первый пик соответствует вторичным электронам от затво-
ра, второй — от обкладки микроконденсатора, а третий — упруго отра-
женным электронам с энергией первичного луча. Считывание сигнала
логического „0й и соответствующее ему распределение вторичных элек-
тронов по энергиям показаны на рис. 1.24,6, г. Существенное отличие
в количествах вторичных электронов в области Uj. для логических
«1» и «0» позволило использовать принцип селекции вторичных элек-
тронов по энергиям для вывода сигнала считывания, соответствующего
логической «1». Поскольку в процессе считывания и^, изменяется и
существует распределение вторичных электронов по энергиям, система
селекции должна обеспечить работу в определенной полосе пропуска-
ния (см. рис. 1.24 и рис. 1.25). Она использует два энергетических
барьера, образованных слева эквипотенциалью —80 В, отражающей
медленные вторичные электроны мишени (ив на рис. 1.24,6), и экви-
потенциалями —20 В (ин), расположенными перед предварительным
динодом и динодом вторично-электронного умножителя и предотвра-
щающими попадание медленных электронов (энергия которых меньше
37

101t
ЗЛУ ЗУ МД ЗУ
Рис. 1.26. Информаци-
онная емкость и быстро-
действие различных ЗУ
ЦМД ЗУ
20 эВ) в секцию умноже-
ния сигнала считывания.
Большинство медленных
электронов, соответст-
вующих потенциалу ло-
гического „О", собирает-
ся коллектором «нуля»,
потенциал которого не-
много выше потенциала
затвора мишени. Харак-
теристика считывающей
10нс 1 мкс
с 1мс
Время обращения, с
системы существенным
образом зависит от по-
тенциала барьерного
электрода, который можно изменять в диапазоне от —40 до —100 В.
Отношение сигналов считывания от логических „1" и „О" равно 100: 1.
В режиме записи сигналов логического „0" потенциал «м=—50 В
и потенциалы обкладок микроконденсаторов равны равновесной вели-
чине (-J-2 В). Запись сигнала логической „1" происходит при повыше-
нии потенциала мишени до им = 0. Потенциалы обкладок микрокон-
денсаторов стремятся к равновесному значению и после понижения
в режиме считывания потенциала мишени к им=—50 В могут иметь
начальное значение —48 В. Минимальная площадь мишени, на которой
происходит запись одного бита двоичной информации, определяется
размерами электронного луча и перекрывает в существующих ЗЭЛТ
9 микроконденсаторов. Усовершен-
ствованные ЗЭЛТ позволяют до- 10 \ г—\ 1 i 1 1
стичь информационной емкости / п
Частичное стирание записан-
ных сигналов происходит в про-
цессе считывания. Для уменьше-
ния времени стирания увеличива-
ют ток луча, попадающего на
мишень.
для одной трубки 4 Мбит.
10
Ю'8 10'6 10'+ Ю'2
Время обращения, с
Рис. 1.27. Сравнение стоимости
на 1 бит информации для различ-
ных ЗУ
38

Электронный луч ЗЭЛТ отклоняется с помощью восьмиполюсного
дефлектора, в котором достигнуты малые астигматические аберрации,
одинаковая чувствительность отклонения по двум взаимно ортогональ-
ным направлениям и совмещение центров отклонения. Для отклонения
луча с центра в край мишени достаточно 26 В. Минимальное время
выборки информации в ЗЭЛТ равно 0,5 мкс.
Рассмотренные ЗЭЛТ используются в качестве модуля памяти при
построении ЗУ ЭВМ [11, 26, 27]. Сравнение таких ЗУ по информа-
ционной емкости и быстродействию с ЗУ, выполненными на магнитных
дисках (МД), цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), феррито-
вых, МОП, ПЗС и биполярных (БП) структурах, показано на рис. 1.26
[11, 26]. Экономичность ЭЛУ ЗУ и перспектива снижения их стоимо-
сти за десятилетие (по 1986 г.) показана на рис. 1.27 [25]. Для сравне-
ния приведены данные по другим типам ЗУ. В отношении возможного
многообразия и простоты аппаратурной реализации различных развер-
ток электронного луча в режимах записи и считывания, т. е. при вводе
и выводе информации, ЭЛУ ЗУ являются перспективными приборами.
Г лава вторая
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ В ЗЭЛТ
2.1. Спектр выходного сигнала
Рассмотрим ЗЭЛТ как линейный преобразователь сигнала, позво-
ляющий производить одномерное, двухмерное и трехмерное преобразо-
вание, используя при этом две геометрические (координатные) и одну
глубинную мерности запоминающей мишени. При отождествлении по-
тенциального и зарядного записанных рельефов выходной сигнал при
неразрушающем считывании равен [2]
где фс — нормированная функция распределения плотности тока по се-
чению луча считывания; /ос — плотность тока в центре луча считыва-
ния (х'=х—1>*с^ = 0; у'—у—vyct=0), перемещающегося с постоянными
скоростями vXCt vvc по прямоугольным координатам х, у; Gp =
= 5уДсчтах — нормированная крутизна управляющей характеристики
на рабочем участке, который аппроксимируется линейным.
Спектр выходного сигнала согласно преобразованию Фурье имеет
вид
00
00
(2.1)
—ос —00
00
00
ос
(2.2)
где s —угловая временная частота,
39

Для дальнейшего упрощения примем нормированные функции рас-
пределения плотностей токов считывающего и записывающего лучей
Э виде
?с(х—0хс*; У — Vyct) = fc(*~ vxct)lc(y — ОусО; (23)
\Напрабпения\
Растра°Широбания\
считыбания Растра
записи
о)
Растр считыбания
si
x x x x
» Коорди*
I //натное
*/ поле
*' считы-
бания
Координат-
ное попе записи
6)
Растр
5 *
* #\ • • •
xvхд x x X
считывания ^Координат-
ное попе
записи
б)
Осциплогра-
фическая
запись
z
Растр
считыбания
д)
Осциллогра-
фическая запись
Рис. 2.1. Наиболее распространенные типы разверток,
преобразователях на ЗЭЛТ
используемых в
Глубина записанного потенциального рельефа при неравновесной
записи по управляющему электроду в предположении постоянства сгд
(в пределах и3)
оо
од — 1 Г
и3 = —— I <Рз(* — vxit; y—vy3t)U3{t)dtt (2.4)
—00
где /оэ(0 —изменение во времени плотности тока в центре луча записи.
В каждом конкретном случае использования ЗЭЛТ как преобразо-
вателя информации, имеющего в режимах записи и считывания задан-
ные параметры и типы разверток, выражение для спектров выходного
сигнала можно упростить. Ниже рассмотрены наиболее распространен-
ные типы разверток, встречающиеся в преобразователях на ЗЭЛТ. На
рис. 2.1 показаны траектории перемещения лучей ЗЭЛТ по поверхно-
сти мишени для растровых разверток, совпадающих по направлениям
сканирования по записи и считыванию (рис. 2.1,а), координатной (циф-
40

ровой) записи по точкам и растрового считывания (рис. 2.1,6), коор-
динатных записи и считывания (рис. 2.1,в), осциллографической записи
и растрового считывания (рис. 2.1,г, д). При вычислении спект-
ров будем предполагать, что плотность тока луча считывания для рас-
тровой развертки в режиме считывания постоянна и имеет вид кратко-
временных импульсов при координатной развертке считывания.
а) Запись и считывание вдоль линии
Этот метод отклонения электронных лучей применяется в масштаб-
но-временных преобразователях с глубинной записью сигнала. Если
принять vyc=Vy3=0 и /ос = const, то выражение (2.2) с учетом (2.3)
и (2.4) будет иметь вид
/аых(— ") = —//^сзК)/ч(«), (2.5)
со
где /y=Gp(од— 1)/С — постоянная величина; /0з(0>) = |/оз(ОехР(~~/соО dt
—00
— спектр плотности тока луча записи, который с точностью до по-
стоянного множителя определяется спектром входного сигнала ЗЭЛТ;
Рсз(<*х) =/7с(-^)^зК);
00
-<■>*)= j fc(x')exp(ie,x,)i»' (2.6)
—00
— пространственный спектр нормированной функции распределения
плотности тока считывающего луча относительно координаты х'\
00
^зК)= \ fs(x')exv(-j<oxx')dx' (2.7)
—00
— пространственный спектр луча записи;
00
j h{V)h(y-*)dy (2.8)
— взаимная корреляционная функция, которая зависит от функций рас-
пределения плотности тока и разности А координат у центров лучей
записи и считывания. Пространственная со* и временные круговые (о
и s частоты связаны соотношением
(2.9)
41

Формула (2.5) позволяет найти в общем виде спектр выходного
сигнала по заданному спектру входного сигнала (входным спектром
назовем в дальнейшем /оз(со)) для широкого класса функций (2.3) и
представить ЗЭЛТ пространственным фильтром с заданными характе-
ристиками (2.6) и (2.7). При необходимости выходной сигнал можно
получить как обратное преобразование Фурье от (2.5) с учетом мас-
штабного коэффициента преобразования vxc/vx3. Для расчета устройств
и стыковки узлов удобно пользоваться временными и пространственны-
ми спектральными методами, получившими развитие в телевидении,
оптике и информационно-измерительной технике.
Для ЗЭЛТ с разрушающим считыванием при тех же развертках
спектр выходного сигнала отличается от (2.5) постоянным коэффици-
ентом [28]. Поэтому все последующие расчеты для спектров с точно-
стью до постоянного коэффициента можно применить для разрушающе-
го считывания.
Если сигнал записи uBX(t) подавать в цепь мишени при постоянно
отпертом луче записи, принять линейную аппроксимацию коэффициен-
та вторичной эмиссии от потенциала диэлектрика мишени <*д—1 = *д»+
Q
+ \9 £U ЦВх(0 и пренебречь производной duBx/dt (обычной такой
режим записи применяется для меденно изменяющихся сигналов), то
глубина записанного потенциального рельефа и3(х, у)=из0(х, у)-\-
00
*\-иэ(х, у) состоит из постоянной составляющей и30~(/вз°до/С) j* f3(x—
—00
— ихь t't У—Vystydt, которую необходимо учитывать при выбо-
ре wp, и величины, линейно зависящей от //вх(0:
00
ЦЭ^(*> У)= У Хо/оз ^Ых — с^з*; У—иуъ*)ивЛ*)М, (2.10)
—00
где Ко — коэффициент, равный тангенсу угла наклона вторично-эмис-
сионной характеристики в рабочей точке по записи (адо). Выражение
(2.10) с точностью до постоянного коэффициента совпадает с (2.4),
если вместо /оз(0 положить иВх(0> поэтому аналогичные вычисления
спектра выходного сигнала для данного метода записи приводят к ре-
зультату, который отличается от (2.5) постоянным коэффициентом (при
этом вместо /оз(оз) следует брать спектр входного сигнала UBX(<*>) =»
00
*= j uA(t)exp{ — i<ot)dt):
—00
/вых (— «) = (/осЫ ^^0См.п/^)Фсз^сз(^)авх(а)). (2. 11)
\ ихз I
В дальнейшем ограничимся рассмотрением режима записи по управ-
ляющему электроду, а результаты для неравновесной записи по мишени
42

можем получить при замене соответствующих величин. Относительно
неравновесной записи по катоду заметим, что, поскольку для типового
режима в пределах амплитуды входного сигнала можно принять ад
постоянным, исходные и конечные уравнения не отличаются от соот-
ветствующих уравнений для неравновесной записи по управляющему
электроду.
Приведенные выше выражения справедливы также для круговых
или спиральных разверток, в которых скорости перемещения лучей по-
стоянные (обозначим их vc и v3). При этом в выражениях (2.5) —
(2.9), (2.11) необходимо заменить vxc и vx3 соответственно на vc, v3\
сох — на пространственную частоту вдоль траектории движения, в пер-
пендикулярном направлении к которой определяется функция Ч/Сз(А).
Величина А в этом случае представляет собой несовмещение траекто-
рий лучей записи и считывания.
б) Растровые развертки по записи и считыванию
В устройствах прикладного телевидения и отображения информа-
ции на выходе сканирующих датчиков, в преобразователях стандартов
и блоках сопряжения, где ЗЭЛТ играет роль буфера изображений
третьего порядка (используются физическая и две геометрические мер-
ности мишени), наиболее часто применяются растровые методы форми-
рования и считывания потенциального рельефа. Предполагая одинако-
выми направления сканирования в растрах и пренебрегая составляющи-
ми скоростей в направлении координаты у (принимаем vxc^>vvc\
vx3^>vy3), получим следующее выражение для спектра выходного сиг-
нала k-к строки считывания:
N
'вых* (— <*)=— Я/ъЮ Yj ^эл/(4ы)'.з,(«), (2.12)
i = l
где суммирование происходит по строкам записи, /0з;(<«>)—спектр вход-
ного сигнала t-й строки, а
00
= J Ш1э(У-Ьы)(1у. (2.13)
—00
Суммирование по всем строкам записи для практических расчетов не
производится, поскольку величины ЧГСЗ (А&/) уменьшаются при уда-
ki
лении в обе стороны i-ii строки записи от положения k-n строки по
считыванию (увеличении А*,-). Формула (2.12) является обобщением
для (2.5) и оценивает влияние параметров разверток растра записи,
входного сигнала и ЗЭЛТ на выходной сигнал.
Количественная оценка влияния расстояния между строками запи-
си (Ау) на амплитуду сигнала считывания k-й строки, совпадающей
43

с одной из строк записи (/'), производится по относительной величине
W»- S фсз^(Л* = Др«)/Фсз*(.(Дй=0), (2.14)
i=i'±m
где m=0, 1, 2, ..., т\. Граничное значение Ш\ соответствует количе-
ству учитываемых строк растра записи, расположенных по обе стороны
от Г-й строки, и определяется из условия постоянства суммы в (2.14)
с необходимой точностью.
в) Цифровая запись и растровое считывание
Данное преобразование разверток отличается от предыдущего спо-
собом формирования потенциального рельефа. Луч записи перемещается
дискретно и после вывода в заданную точку мишени останавливается
(Ухз = Ууз = 0), а затем отпирается на время длительности импульса (т).
Минимальные перемещения луча Ах и Ау определяются размерами ко-
ординатного поля записи и количеством элементов в нем N3(X, у>=
KXN9(X)Na(y). Примем по считыванию Vxc^>vyc и одинаковые направ-
ления координаты х в режимах записи и считывания. Если учесть со-
ставляющие от всех записываемых элементов N3(X, у), координаты ко-
торых Xi, tji, то для спектра выходного сигнала k-и строки считыва-
ния с учетом выражений (2.2) —(2.4), (2.6), (2.7), (2.13) получим
1выхк(ихс<»х) = — НРсз(<»х) У] ^ca^^expf— /со^), (2.15)
Vxc а
т
где (ад — 1)^в3/ = (ал — 1) ^ j03i(t)dt — плотность заряда, нанесенного
6
в центре /-го элемента координатного поля записи, а величина в вы-
ражении для Ф03£. рагна разности между координатами у i-ro элемента
и линии центра луча считывания ^-строки. Как следует из (2.15), на
амплитуду сигнала считывания оказывает влияние заряд q93., величина
которого зависит для заданной ЗЭЛТ от амплитуды, формы и длитель-
ности импульсов записи. Это создает многообразие способов реализа-
ции глубинной записи, где используется изменение одного из парамет-
ров входных импульсов. Ценным является возможность одновременного
управления двумя или тремя параметрами и построение на этом прин-
ципе устройств обработки информации.
Выбором координатного ноля и режимов трубки можно частично
или полностью «сгладить» дискретность записываемой информации, вы-
водимой, например, на электронно-лучевой индикатор через буфер на
ЗЭЛТ. Это, с одной стороны, улучшает качество изображения (линии
графиков или символов становятся сплошными), а с другой стороны,
ограничивает дискретность расстояния между отдельными элементами.
Из (2.15) видно, что амплитуда считанного сигнала зависит от распо-
44

ложения строки относительно записанных элементов, и если взять част-
ный случай записи вертикальной линии входными импульсами с оди-
наковыми параметрами, относительное значение выходного сигнала на
k-fi строке, смещенной относительно ближайшего элемента записи (i')
на расстояние Аь равно
S ^сз,/(^=^Ау±Д1)
/Срц = . (2.16)
i=i'±m
г) Цифровое считывание при растровой и цифровой записи
Луч считывания дискретными перемещениями выводится в необхо-
димую точку координатного поля NC(x, y)=NC(x)NC(y) и отпирается по
управляющему электроду. Если принять растровую запись и обозна-
чить изменение плотности тока луча считывания в k-м элементе поля
цифровой развертки через /ос^(0» то согласно (2.2) с учетом (2.3),
(2.4), (2.13) для спектра выходного тока получим
N со оо
/выхА(«)=^Лсл(«) Ифсзы j Ut(t)dt J fc(* —**)Гз(*—^зОЖе—
i—\ —oo —oo
N oo
= ///eCjk(») 2^сзь. j Усз,(^3*-х*)/оз*(0^. (2.17)
/ = 1 —00
00
где J0ck(<*>) = J /oc^(OexP(—!<*>t)dt соответствует спектру сигнала от-
—00
шрания в режиме считывания для &-го элемента, а
00
<Рс3/г(^з t—xk)= J fc(x) h [* — (vx3 t — xk)] dx (2.18)
—go
— взаимная корреляционная функция считывающего и записывающего
лучей по координате х. Для данного способа преобразования инфор-
мации, как следует из (2.17), выходной сигнал по форме совпадает
с изменением во времени /осл(0» а по величине определяется взаим-
ными корреляционными функциями по координатам х и у и законом
изменения записываемого сигнала во времени на каждой строке растра
записи.
Дискретное перемещение луча при цифровом методе записи инфор-
мации, его остановка и импульсное отпирание позволяют упростить
45

(2.17). В результате получим
Ns(x,y)
где ?сзЛ i = <?сзк i ( Afti) = ?сз* t. (*i — х*).
Цифровой метод записи и считывания в ЗЭЛТ используется для
сопряжения разных устройств по быстродействию; для изменения шага
дискретизации; для передачи информации, выводимой из дискретных
датчиков на расстояния; в быстродействующих электронно-лучевых за-
поминающих устройствах ЭВМ и т. д. Величины ^сз^- и ?сзЛ|- позво-
ляют оценить влияние на выходной сигнал параметров разложения ко-
ординатных полей записи и считывания, точности их совмещения и ре-
жимов трубок.
д) Ортогональные растры записи и считывания
Ортогональные растры используются при необходимости линейного
и нелинейного координатного преобразования записанной в ЗЭЛТ
информации; в измерительных устройствах для устранения низкочас-
тотных биений считанного сигнала (муаров), появляющихся в опреде-
ленных условиях при совпадающих по направлению растрах записи и
считывания, и т. д.
Если принять vyc = vx3 = 0 и вычислить спектр выходного сигнала
с учетом (2.3), (2.4), (2.6), (2.7), (2.13) и постоянного отпертого луча
считывания, получим
N оо
Лиькь {Vxc<*x) = "^^сз(<•>*)
* Vxc
(2.20)
где
00
«^(^3*-%) = J ldy)h[y-{vy*t~yk))dy. (2.21)
—00
Нетрудно заметить, что (2.20) переходит в (2.15) для цифровых
разверток по записи, если вместо vy3t подставить уи 4?c3k заменить на
Фсзы и сумму взять по элементам координатного поля. Спектр
выходного сигнала при ортогональных растрах записи и считывания су-
щественным образом отличается от выражения (2.12) (направления
сканирования растров совпадают), что удобно использовать для пре-
образования спектра записанной в ЗЭЛТ информации. Выходной
сигнал согласно (2.20) содержит сумму сдвинутых на х{ импульсов раз-
ной амплитуды, спектры которых по форме совпадают с Fc3(coy) (рас-
сматривается область пространственных переменных). В некоторых часг-
46
Vexp( — juxXi) J ^C3k(vy3t—yk)i.3i(t)dtt

ных случаях можно упростить нахождение /аых^^хс00*)» используя ре-
зультаты теории спектрального анализа и гребенчатых фильтров.
е) Осциллографическая запись и растровое считывание
Осциллографическая запись сигнала в ЗЭЛТ с последующим рас-
тровым считыванием широко используется для визуализации быстро-
протекающих или редко повторяющихся процессов, преобразования
амплитудных отсчетов осциллограммы во временные интервалы с их
дальнейшей оцифровкой в коды и обработкой на ЭВМ, сопряжения
различных датчиков электрических сигналов с приемными и передаю-
щими устройствами и т. д.
На практике осциллографическая запись в большинстве случаев
происходит постоянно отпертым лучом, который отклоняется по коор-
динате х с постоянной скоростью, а по у — в соответствии с входным
сигналом: eyuBx(t), где е„ — чувствительность отклонения. Относитель-
но растра считывания рассмотрим два варианта, когда сканирование по
строкам совпадает с направлением координат у (охс = 0; уус=соп51)
и х (t/yc = 0; i>*c=const). Если учесть (2.3), (2.4), (2.18), то для пер-
вого варианта разверток считывания (2.2) после преобразований примет
следующий вид:
00
/ос/вз f
!шхк (vyc^y) = tfZ.C3 (<йу) \ ехр [ — /<у.угвх(*)] <?C3k(vX3t - xk)dt,
—00
(2.22)
где
00
^зЮ=^с(-^)^зК); M-Wy)= J lc(y')exv(jo>yy')dy';
—oo
00
i>W= j l3(!/')eM-i<*yy')<iy' (2.23)
—00
— пространственные спектры лучей считывания и записи относительно
координат у'у жестко связанных с их центрами. Как следует из (2.22),
(2.23), на спектр выходного сигнала оказывают влияние закон измене-
ния «вх(0 н функции распределения плотностей токов по сечениям.
Спектральная составляющая, выраженная интегралом в правой части
(2.22), в общем виде аналитически не решается, поэтому рассмотрим
частный случай линейно изменяющегося во времени входного напряже-
ния, поскольку к нему можно свести многие u9X(t) при помощи кусоч-
но-линейной аппроксимации.
Возьмем uBt(t) —at-\-b (а и Ь — постоянные величины), подставим
его в (2.22) и после Преобразований получим
Awx*ty,c«y) * /бСб3 ^сз(«у)Фсз(Го)|/)ехр( — j<uyyk)i (2.24)
47

где r=tg у; у — угол наклона записанной потенциальной дорожки;
Уk — Byb-\-Txk — координата, соответствующая точке пересечения &-й
строки считывания и записанной потенциальной дорожки;
00
Фсз(Г»,)= J »5з(5)ехр(-/Гву6)(/5 (2.25)
—00
— пространственный спектр по координате у взаимной корреляционной
функции лучей по координате х.
Коэффициент ехр (—}®уУъ) в (2.24) не влияет на модуль спектра
выходного сигнала и показывает временной сдвиг считанного импульса
отметки, соответствующего пересечению потенциальной дорожки считы-
вающим лучом (уъ). Если рассмотреть изменение 7 от 0 до 90°, то из
(2.24) следует, что при записи горизонтальной прямой (у = 0, г=0)
спектр считанного сигнала (следовательно, и форма импульса отметки)
полностью определяется спектром 1Сз(<оу), а при увеличении у (у-*-
->90°) он становится все более узким (за счет Фсз), что соответствует
более длительным выходным импульсам. Амплитуда импульса при этом
уменьшается, поскольку увеличение Г при постоянной vx3 требует более
высоких vy3. Для углов наклона 90°<y<180° величина г<0 и в выра-
жениях (2.24) и (2.25) необходимо брать Фсз(—Гсоу), однако в слу-
чае симметричных фСз спектр выходного сигнала не изменится.
Спектр выходного сигнала второго варианта растрового считывания
(уус = 0; Wxc=const) осциллографической записи в общем случае ub*(t)
вычисляем аналогично (2.22) по (2.2) с учетом (2.3), (2.4), (2.6), (2.7),
(2.21):
00
'вьгх^хсЧк) = ^С/03 Wcsfo*) Jexp(— j<x>xvX3t)4?c3k[tyuBX(t) —yk]dt.
—00
(2.26)
Интеграл в правой части (2.26) является функцией пространствен-
ной частоты Ох и зависит от закона изменения ^сз^[е^Вх(0—У/Л»
т. е. от распределения плотности тока по сечению и от расположения
координаты ун растра считывания относительно записанной потенци-
альной дорожки.
В частном случае записанной горизонтальной потенциальной до-
рожки («вх(0 = гуЬ) спектр (2.26) преобразуется к виду дельта-функ-
ции, поскольку
00
«сэ^-й) \ еХр(-/«о^)^*-~-Фсз (е/^-^в^)
VX3 щ0 хз
—00
и ему соответствует постоянная величина выходного сигнала. Для ли»
нейно изменяющегося напряжения uBi(t)~at-\-b (2.26) приводится
48

к виду
= j£* Я^Сз(со,)ФСз ( ^ехр(-/соЛ), (2.27)
где
00
Фсз (-у-) - j ехр ( - / 5) "Рсз(5)^ (2-28)
—00
— пространственный спектр по координате х взаимной корреляционной
функции лучей по координате у\ х# = — (уь — гуЬ)~^ координата пе-
ресечения потенциальной дорожки и k-й строки считывания.
Рассчитанные по приведенным выше формулам выражения для
частного случая гауссовских функций распределения плотностей токов
О Oft 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,6 S,2 /?3С0Х
Рнс. 2.2. Спектральные характеристики для гауссовских распределений
плотности тока лучей записи и считывания при разных величинах
а=#с/#3
Спектральная характеристика FCs((ox) в нормированных значениях
показана на рис. 2.2. В каждом конкретном случае тип ЗЭЛТ и режи-
мы записи и считывания определяют величины #3 й Rc. Из сравнения
формул табл. 2.1 (см. пп. 1, 5, 6, 7) следует, 4fo спектральные харак-
теристики LC3, Фсз и Ч^з определяются кривыми рис. 2.2, если в аргу*
Менте заменить сох соответственно на соу, Тыу и со*/Г.

Таблица 2.1
п/п
Формула
Формула
1
(2.6)
(2.7)
/ 1 + <*а \
2
(2.13)
V«*R3 Г д2" 1
со
(2.14)
in Г m2A2* 1
**=l+22j«Pl-(l+a.)*is]
4
(2.16)
еХр[- (1 + о«)Л»8 ] +
^рц — т,
£i Г т»Д»у ]
1+2 ^ ехр[-(1+а2)Л8з]
m=l
+2j HI (l+«1)«»,J + CXPL"(I+«,)«,aJi
5
(2.23)
Аа(ву) = «оЛ»3ехр(- +4 Ka3«8y)
6
(2-25)
Фсз(1Ч)-*«Ка3ехр(- | Г^»з<о»^
7
(2.28)
*сз ( Г ) - яаЛ'зехр J, Л»3а>*^
Принятые обозначения* a-RJR3\ #с и #3 — аффективные ресурсы лучей считывания
И записи»
Взаимные корреляционные* функций *РСЗ, y€3jk, fe3jfe. И ФСЗл нахо*
дятся непосредственно по *Р<*з*; (табл. 2.1), если Д# заменить сооТвет*
ственно йа Д» (а*3'~**)> (х^ — хЛ) й (vy3t^yk). Семейство кривых
рис. 2.3* построенных по формуле п. 2 табл. 2.1, позволяет ДЛя рас-
тровых разверток Bbi6paf ь необходимое количество членов суммы в вы-
ражении (2.12) при данном а и учесть влияние дискретности строк записи
50

по кадру. Так, например, если а = 1,5 и i-я строка записи (*') совпа-
дет с k-й строкой считывания (А*; = 0), то величина 4tc3kifVnR3 мак-
симальна и равна 0,832. Для k-й строки (1Г + 1)_я и — 0"я строки
записи, расположенные на Д^//?3 = 1,5, будут оказывать влияние
(Фсз^. = 0,416) и при одинаковых спектрах по строкам записи увеличи-
вают амплитуду сигнала на 100% по сравнению с составляющей от i'-й
строки, а при расстоянии + = 3,5 можно пренебрегать их дейст-
вием.
Кривые рис. 2.4, построенные по формуле п. 3 табл. 2.1 (т{ вы-
биралось из условия постоянства суммы до третьего знака), показы -
Рис. 2.4. Относительное увели-
чение выходного сигнала
вследствие перекрытия строк
растра записи между собой и
лучом считывания
Рис. 2.5. Относительное изменение
сигнала между элементами записан-
ной вертикальной линии (Ai=
= A„/2) для различных величин дис-
кретности координатного поля запи-
си и параметров а
4*
51

вают, что многократное увеличение считанного сигнала происходит при
увеличении а и уменьшении относительной величины расстояния Между
строками записи. С уменьшением Ay/R3 необходимо учитывать все
большее число строк растра записи, а при Ду=0, когда все строки
растра записи совпадают, Ч'ь^М.
Формула п. 4 табл. 2.1 позволяет определить изменение выходного
сигнала при смещении строки считывания относительно координатного
поля записи. На рис. 2.5 показано семейство кривых /Срц, вычисленных
в экстремальных точках (Ai=Ay/2) при разных величинах дискретно-
сти координатного поля записи. Изменения выходного сигнала на стро-
ках считывания, находящихся в промежуточных значениях Аь будут
меньшими. В области /Срц=1 сигнал считывания не изменяется при
смещении строки, а при /Срц=0 на строках, попадающих между эле-
ментами записи (Ai=Ay/2), сигнал уменьшается до нуля. Семейство
кривых рис. 2.5 связывает величины AY/R3, а и максимально допусти-
мое уменьшение считанного сигнала от записанных одинаковых сигна-
лов в точках координатного поля. По кривым удобно выбирать Ау,
если для заданной трубки и ее режимов (R3, Rc) необходимо умень-
шить (или вовсе убрать) дискретность исходной информации или обес-
печить дискретность отсчетов сигналов, записанных в координатном
поле записи. Отметим, что выражения (2.16), п. 4 табл. 2.1 и рис. 2.5
справедливы также для случая растровой развертки по записи, если
величина Ai характеризует смещение строки считывания относительно
строк растра записи.
Модуль спектра сигнала (2.24) при осциллографической записи
определяется спектром £сз(соу)ФСа(Г(оу), который с учетом пп. 5 и 6
табл. 2.1 равен
^c3 = ^W3expJ-^:^(l + tg2Y)/?23(02^ J. (2.29)
Семейство кривых 1СзФсз/л;2а2#4з в зависимости от /?3соу для а=1
(сплошные) и а=2 (штриховые) при разных углах наклона записанной
потенциальной дорожки у=0\ 20; 40; 60; 80° показано на рис. 2.6, из
которых следует, что угол наклона (особенно в области больших у)
существенно влияет на спектр считанного сигнала.
Для второго варианта направления растра считывания спектр сиг-
нала согласно (2.27) с учетом пп. 1 и 7 табл. 2.1 определяется зави-
симостью
/Ъ^сэ - *2*2Я4зехр [—^-2 (l + ^) #2з<о2*] • (2.30)
Как следует из (2.30), увеличение угла наклона приводит к расши-
рению спектра выходного сигнала. Из сравнения (2.29) и (2.30) видно,
что семейство кривых рис. 2.6 можно использовать для нахождения
/чзЧ'сз, если заменить соу на со*, а параметром взять угол 90°—у.
52

1,0
Направление -
У сканирования
Рис. 2.6. Нормированные
спектральные характеристики
сигнала при осциллографиче-
ской записи линейно изменяю-
щегося напряжения (а=1 —
сплошные и а=2 — штриховые
кривые)
Приведенные выше выра-
жения для спектров сигналов
считывания позволяют оценить
влияние на них режимов и ти-
пов ЗЭЛТ через функции рас-
пределения плотностей токов
по сечениям. Для гауссовских
функций распределения токов
размеры лучей записи и счи-
тывания (R3 и Rc) в одина-
ковой степени влияют на
спектры, что вытекает непо-
средственно из формул табл. 2.1, поскольку (l-\-a2)R23=R23+R2c\
aR23=RcR3;
aRs/VT+tf = ДсЯз/У>с + Д23.
Если воспользоваться понятием сквозного эффективного радиуса
ЗЭЛТ
0,4 0}в 1,2 1,6 2,0 R3ooy
(2.31)
то нормированные характеристики F'сз(о)х) /яа#23, Ч^, /Срц,
^сзФсз/я2а2/?43 и ^сз^гсз/я2а2/?43 будет зависеть только от сквозного
радиуса и каждое семейство кривых рис. 2.2, 2.4, 2.5 и 2.6 преобра-
зуется в соответствующую обобщенную зависимость, если в аргументе
заменить R3 на /?£. Величина же сквозного радиуса ЗЭЛТ может быть
определена по известным ПЧХ.
2.2. Пространственно-частотные характеристики и разрешающая
способность ЗЭЛТ
Для ЗЭЛТ типа сигнал-сигнал получили распространение четыре ме-
тода измерения ПЧХ [2, 28, 29], три из которых (запись синусоидаль-
ных и коротких прямоугольных сигналов и метод парных импульсов)
определяются при совпадающих по направлениям сканирования разверт-
ках в режимах записи и считывания и один (метод сжатого растра) —
при ортогональных растровых развертках. Сущность этих методов со-
стоит в следующем.
При линейной развертке луча записи и входном сигнале синусои-
дальной формы на мишени ЗЭЛТ записывается и в дальнейшем считы-
53

вается сигнал синусоидальной формы. Поддерживая постоянной ампли-
туду входного сигнала и изменяя его частоту, производим отсчет вы-
ходного сигнала. Нормированная ПЧХ для данного метода определяется
как отношение амплитуды выходного сигнала при данной частоте к его
амплитуде при низкой (в пределе нулевой) частоте. Обозначим в даль-
нейшем эту ПЧХ через К .
Вместо синусоидального входного сигнала может подаваться после-
довательность коротких прямоугольных импульсов, отпирающих или за-
пирающих луч записи. По выходному сигналу находим разность между
его максимальным и минимальным значениями для данной частоты.
Нормированная ПЧХ (обозначим ее ^j-^) определяется как отношение
вышеуказанной разности к разности между максимальным и минималь-
ным значениями при низкой частоте следования импульсов.
В методе парных импульсов происходит запись двух кратковремен-
ных прямоугольных импульсов, временная задержка между которыми
может плавно изменяться. Нормированная ПЧХ (обозначим ее /Cj-^j-^
определяется, как и для предыдущего метода, при изменении временной
задержки между импульсами записи.
При методе сжатого растра постоянно отпертым лучом записывает-
ся растр. Считывание происходит в перпендикулярном (записанным ли-
ниям) направлении. Пространственная частота (в направлении считы-
вания) записанных на мишени потенциальных дорожек изменяется
с помощью изменения амплитуды кадровой развертки записи. Как и
в предшествующих методах, ПЧХ (обозначим ее К+) находим как
отношение разности максимального и минимального значений сигналов
к той же разности при увеличении пространственного периода записан-
ных потенциальных дорожек до бесконечности.
Расчет и измерение частотных характеристик и разрешения при*
емных электронно-лучевых трубок производятся обычно по коэффициен-
там модуляции выходного сигнала [30]
М== {2f выхтах—3Buxmin) выхтах, (2.32)
где ^вытах и ^выхт.п — максимальное и минимальное значения сиг-
нала. Для ЗЭЛТ зависимости данных коэффициентов модуляции от
частоты практически совпадают с соответствующими ПЧХ для трех
последних методов [31]. Поэтому измеряемая в большинстве случаев
зависимость коэффициента модуляции выходного сигнала ЗЭЛТ при ме-
тоде сжатого растра (М+) принимается совпадающей с ПЧХ /С+, т. е.
В передающих трубках частотные характеристики определяются по
коэффициенту модуляции [32] (обозначим его Mi), отличающемуся от
М знаменателем:
Afi= выхтах—2f выхпм'п) /\2f выхтпах-f^в ыжт» n )==Af/(2—М)
(2.33)
54

Значения М и М{ различаются между собой в области средних
пространственных частот и совпадают в области нижних и верхних ча-
стот, где Afel и AfeO. Различие в определении ПЧХ передающих, за-
поминающих и приемных ЭЛТ и их взаимосвязь необходимо учитывать
(приводя к единой ПЧХ) при расчете сквозных частотных характери-
стик устройств на основе этих приборов.
Разрешающая способность зависит от принятого критерия опреде-
ления и для ЗЭЛТ находится обычно как пространственная частота или
количество телевизионных линий, соответствующее уровню 0,5 (50 %)
или пороговому уровню (например, величину порядка 5 % называют
разрешением при нулевой модуляции) по ПЧХ. Если величина порого-
вого уровня определяется шумами ЗЭЛТ, разрешение называется пре-
дельным или потенциальным и для его расчета необходимо использо-
вать спектрально-информационный метод [33], который накладывает
ограничивающие условия на ПЧХ и ее аппроксимацию в области верх-
них пространственных частот.
а) ПЧХ при записи синусоидального сигнала
Данные ПЧХ определяются при движении лучей записи и считыва-
ния вдоль одной линии или при совпадающих по направлениям скани-
рования растровых развертках. Для одинаковых входных сигналов на
всех строках растра записи выражение для спектра выходного сигнала
(2.12) совпадает с точностью до постоянного множителя с (2.5), кото-
рое используем для расчета ПЧХ. При входном синусоидальном сигнале
/•з(0= (~2~~^~2~sln w*) '03 ВЫХ°ДН0Й сигнал с учетом (2.5) равен
^выхС/ =^^сз[Л:з(0) + Fe3(<*x)*\n (fy<*<)]• (2.34)
По определению ПЧХ К на основании (2.34) с учетом (2.33) по-
лучим
К„ = МХ„ =/ъК)/Л:з(0), (2.35)
откуда следует, что и определяется функциями распределе-
ния плотностей токов по сечениям лучей записи и считывания. В част-
ном случае для гауссовских лучей с учетом п. 1 табл. 2.1 и (2.31) ПЧХ
К имеет вид
Семейство кривых для К совпадает с кривыми рис. 2.2. Про-
странственная частота со* связана с количеством телевизионных линий
на единицу длины мишени и на диаметр мишени #хв^ (эта ве-
55

личина обычно измеряется экспериментально):
*x-ttfn~n-2!£-9 (2.37)
где Ф — диаметр мишени ЗЭЛТ.
ПЧХ К используется при расчете сквозных частотных характе-
ристик блоков памяти на ЗЭЛТ и устройств на их основе при совпа-
дающих растровых развертках в режимах записи и считывания. По
известным ПЧХ К можно определить fee (со*), а это в свою очередь
позволяет рассчитать сигнал на выходе ЗЭЛТ. Так, согласно обратному
преобразованию Фурье от (2.5) выходной сигнал равен
оо
JeuAt) ="ЙГ7 ЯФсз резЮ^зНехр (-/WT7') t/(v7w)-
хс __оо Х3 Х3
(2.38)
Если входной сигнал является периодическим, его удобно предста-
00
вить рядом Фурье /озМ^ 2 С a exp (j2nkt/T), где коэффициенты
fe=—00
Ck расположены через о)1=2л/Г на оси частот и образуют дискретный
спектр (Г — период следования входных импульсов). Выходной сигнал
с учетом (2.5)
00
<7вых(0= — /лрсэ S] CkFc3(k<*xl)exp (j^k-ZS-t), (2.39)
VX3 ~* \ VX3 J
£=—00
где o)xi=coi/ux3. Для симметричных входного сигнала относительно
начала отсчета и плотностей токов лучей записи и считывания относи-
тельно координатных осей х\ */' с учетом (2.39) выражение для раз-
ностного сигнала между максимальным и минимальным значениями
имеет вид
00
^«ямж-Лыхт*-*-^/»»» YjC<**-t>)F*№+l)*xJ- (2.40)
Выражения (2.38) и (2.40) могут быть использованы, в частности,
ДЛЯ расчета ПЧХ н или соответствующих коэффициентов
модуляций выходного сигнала. Если учесть, что спектр одиночного пря^
моугольного импульса длительности t (приведенного к пространствен*
/р3т s\n(<*>xivx3/2)
ной частоте) равен ь и коэффициенты Дискретного
спектра йериодическйх импульсов вычисляются через спектр одиночно*
Го импульса такой же формы (Cft*=/o8(<»)/?,)» то согласно определи
66

нию ПЧХ
Л. ^т (& вых та х «^вых min)
U (2fe+l)xW2 cU ' **'
.2*^1 (2.41)
00
sln(o^x^3/2) г , Wo
Л» (<*>*) dco*
J-
Как следует из (2.41), ПЧХ К д зависит не только от функций
распределения плотностей токов по сечениям лучей записи и считыва-
ния, но и от скорости записи луча и длительности входных импульсов.
От этих величин зависит и ПЧХ К г-ц-^ t^l]-
б) Метод сжатого растра
Из (2.20) и (2.21) следует, что спектр считанного сигнала от оди-
ночной потенциальной дорожки (#=1, Хг=0), записанной постоянно
отпертым лучом, равен
/в ых (УхсЮх) = Я^сз ((Ох), (2.42)
оо
где И' = ^осУ(П // I 4tC3(vy3t)dt — постоянная величина. Он опреде-
—00
ляется спектрами функций распределения плотностей токов по се-
чениям.
Система периодически повторяющихся параллельных потенциаль-
ных дорожек, нанесенных в режиме записи методом сжатого растра,
формирует в перпендикулярном направлении пространственно-периоди-
ческий потенциальный рельеф. Спектр выходного сигнала в этом случае
дискретный с интервалом дискретности (ui = (uxiVXc (здесь (d*i—про-
странственная частота записанных потенциальных дорожек). Выходной
сигнал находим с учетом (2.42) и свойств спектра периодической по-
следовательности импульсов:
ЯшЛП^^^Н' Fca(*»„)exp(/ei*0.
k=—00
стра ПЧХ
^вых(' = 0)-,7вых {t=^j
k=—oo
Для метода сжатого растра ПЧХ
lim \y*vx(t = 0)-JBbTX(t =—)
57

= 2
<»*i2 fc3[(2fe+ >)»«]
4=0
(2.43)
В частном случае гауссовских лучей выражение (2.43) приводится
к виду
00
к,
(2k + l)sfl23«2*,
+ 1)!
(2.44)
Если учесть относительный вклад составляющих в сумме и формулу
(2.37), то с точностью не ниже 3% можно аппроксимировать К+ сле-
дующим выражением:
N
1
при 0<RZ тв® <0,43,
при /?г
тв£)
~5>—
■ 0,43.
(2.45)
Для метода сжатого растра ПЧХ зависит от функций распределе-
ния плотностей токов по сечениям лучей записи и считывания и, сле-
довательно, от сквозного эффективного радиуса лучей ЗЭЛТ.
Полученные выражения для ПЧХ К+ и К позволяют сравнивать
их между собой и устанавливать однозначный переход между ними,
а также количественно сравнивать результаты измерений разрешающей
способности, полученные для одной или разных ЗЭЛТ при различных
методах их измерения.
На рис. 2.7 приведены ПЧХ К„ и /С+, рассчитанные по (2.36) и
(2.44), а также зависимости TCj-^ и /Cj— ^ [31], для которых RC = R3
и ^X3/V2 Ry = 1. В качестве аргумента выбрана обобщенная перемен-
ная N^gRx/g). ПЧХ Kj-y и ^j-jj-]^ проходят ниже К+ и стремятся к
ней в пределе при zvxl/V2 /?х-*0. Поэтому в случае малокадровой или
цифровой развертки в режиме записи ПЧХ (или соответствующие коэф-
фициенты модуляции М) совпадают, т. е. К+ ^ ^ ^J~['
К„ и К+ существенно различаются между собой. По кривым и К+
58

можно установить взаимосвязь между разрешающей способностью
ЗЭЛТ, определяемой методом сжатого растра на уровне К+ (или М+)>
равном 0,5 (^XB^>_j_5o — параметр, который приводится в большинстве
случаев как паспортный) или М+ = 0,05 (^тв^)^) * и разрешающей
способностью, определяемой на тех же уровнях (или любых других) по
Д'^ (или М{/^ ) . Например, для отс 1етных значений, указанных на ниж-
ней отс ;етной шкале рис. 2.7, находим
vtb^+5~ 1,6-vtb^)+50. Ntb£>~
IЖ
тв£)+50'
"тв^бО^^твЯ+бО. (2-46)
Значению К+ =0,5 соответствует величина Я£/Утв^_|_зд/,0 == 0,85.
Поэтому
*S = °.850/"tb0+6O. (2-47)
т. е. по известным экспериментальной величине ^тв£>_|_50 и размеры ми-
шени можно определить RIf что в свою очередь позволяет рассчитать
ПЧХ К+ и
Выше при расчете ПЧХ учитывались только функции распределе-
ния плотностей токов по сечениям и не учитывались перераспределение
вторичных электронов по мишени, структура мишени, несоответствие
потенциального и зарядного рельефов и т. д. Все эти дополнительные
факторы можно косвенно учесть, если при расчетах пользоваться не
истинными, а эквивалентными функциями распределения или эквива-
лентным эффективным радиусом ЗЭЛТ [28], удовлетворяющим наи-
лучшим образом эксперименталь-
изме-
ным ПЧХ. Поэтому, если
рено по экспериментальным харак-
теристикам и по нему производится
расчет ПЧХ, отмеченные факторы
будут косвенно учитываться.
Величина Pj> принимается оди-
наковой по всей площади мишени,
т. е. предполагается выбор ее сред-
ней величины по мишени или наи-
меньшей и постоянной по площади
мишени при условии применения ди-
намической фокусировки лучей за-
писи и считывания.
На практике, особенно при ис- QUfl'§
пользовании блоков памяти в устрой-
Рис. 2.7. ПЧХ для разных методов
их определения при гауссовских лу-
А~, Ал , Ал. л. , К+
щ
59

ствах прикладного телевидения, часто измеряют разрешение по воспро-
изводимому на выходе ЗЭЛТ записанному изображению тестовых
испытательных таблиц. Однако в этом случае разрешение не однознач-
но определяется параметрами трубки и методами преобразования
информации в ней, а зависит также от частотных характеристик кана-
лов записи, считывания и воспроизведения. Чтобы оценить разрешение
и сравнить его с данными других методов измерения, необходимо знать
частотные характеристики блоков устройств, включая сквозные частот-
ные характеристики блоков памяти.
2.3. Схемные модели ЗЭЛТ
При составлении моделей ЗЭЛТ необходимо учитывать методы за-
писи и считывания сигналов и типы разверток в каждом из режимов.
Рассмотрим неразрушающее считывание и лучи записи и считыва-
ния (^вх = я^23/оз; ^л.с=л;/?2с/ос, где ^вх - ток луча записи) с гаус-
совскнми функциями распределения плотностей токов по сечениям. Для
совпадающих по направлениям сканирования растровых разверток по
записи и считыванию спектр выходного сигнала (2.12) может быть по-
лучен в виде
N
4(j)et'TEv-,W' (2-48)
i = \
где г„ = (ад— 1)/(^ тс СК-трхз) —внутреннее сопротивление преобразо-
вания; rc = (Gp-Tn.c)"-1 — эквивалентное внутреннее сопротивление ЗЭЛТ
по считыванию; /7т = ехр(—R2j£2/4v2Xc)—эквивалент пространственной
фильтрации сигнала трубкой; /С = ехр( — - ^2ki!R2j)—коэффициент пе-
Ы
рекрытия строк.
Если входной сигнал подавать в цепь управляющего электрода, ве-
личину <7вх(0 =«^л.з(#вх> Им.зп) можно определить, исходя из возмож-
ности эквивалентной замены трубки в режиме записи триодом с пара-
метрами р.м, SM и г3, где ^м =
— коэффициент усиле-
,2V3=const
ния по управляющему электроду; 6М =
дивх
— крутизна мо-
"m.3n=const
дуляционной характеристики в выбранной рабочей точке, а г3=
= Цм/5м — внутреннее сопротивление. Ток &BX(t) в этом случае рас-
сматривается как анодный ток эквивалентного триода, равный току
луча записи (^л.з). Упрощенная модель ЗЭЛТ с учетом (2.48) пока-
зана на рис. 2.8,а. Здесь Свх равна входной емкости трубки по управ-
ляющему электроду, Ст — выходная емкость мишени, Сн и гн относят-
ся к нагрузке (Сн состоит из входной емкости усилителя считывания
и емкости монтажа). Данная модель не учитывает фазовых соотноше-
ний входного и выходного сигналов, поскольку они в каждом конкрет-
60

ном случае определяются временем хранения и считывания информа-
ции, а также моментом перевода ЗЭЛТ из режима записи в режим
считывания. Не представлены также элементы преобразования сигналов
в спектр и дискретизации сигнала по строкам растра записи. Однако
данная модель позволяет рассчитать сквозные амплитудно-частотные
характеристики блоков памяти и учесть влияние трубки, а также вы-
Рис. 2.8. Модель ЗЭЛТ для растровых разверток по записи и считы-
ванию при неравновесной записи по управляющему электроду (а, б) и
мишени (в)
брать частотные корректирующие звенья в усилителе записи и считы-
вания, компенсирующие спад амплитудных характеристик, который на
верхних частотах обусловлен Свх, Ст, Сн и конечными размерами лу-
чей записи и считывания.
Величины эквивалентных параметров модели трубки можно опре-
делить по известным экспериментальным характеристикам. Так, исходя
из (2.1) для потенциального рельефа, записанного постоянно отпертым
лучом записи, или для сигналов записи большой длительности внутрен-
нее сопротивление можно определить как величину, обратную крутизне
Sy экспериментальной управляющей характеристики (^вых^сч, по-
скольку обычно Гс>гн). Величина гс зависит от расположения запи-
санного потенциального рельефа на управляющей характеристике
(см. рис. 1.5). Минимальные гс, равные единицам и десяткам мегаом,
будут на линейных рабочих участках. Коэффициент перекрытия строк
можно рассчитать, если воспользоваться кривыми рис. 2.12, по которым
определяется^ ^п (при заданных разрешающей способности трубки
и количестве строк разложения растра записи).
61

Если воспользоваться (2.48) и рис. 2.8,а, то Для постоянно Отпер-
того луча записи получим ^Вых=|я«вх//'с, гдер. = гж5м 2 ~~ко"
эффициент передачи. Для длительного сигнала записи, одинакового на
i строках, и vxc = vx* получим аналогичное выражение ^гвых(0=!
= \iuBxi(t)/гс. Таким образом, величину \\ь[гс можно определить по
амплитудным характеристикам ЗЭЛТ. Упрощенная схемная модель
ЗЭЛТ для случая vxc — vx% показана на рис. 2.8,6.
Если запись происходит при подаче входного сигнала в цепь ми-
шени, то с учетом (2.11) для растрового метода преобразования по-
лучим
/ /s) = £l/7 \1/Гп L/BX (s), где р., д ^л.эСмУ» ,
i
Соответствующая модель ЗЭЛТ показана на рис. 2.8,6.
Представленный на рис. 2.8,а—в> четырехполюсник с частотной ха-
рактеристикой FT учитывает пространственную фильтрацию сигнала
запоминающей трубкой. Поскольку 77т = ехр (—t2oS2) (где х0 ==
= ^е/2ухс == °»42^с^)/^тв£)^.5о» а ^с^—время считывания строки, при-
веденное к диаметру мишени) является экспоненциальной функцией, ко-
торая не удовлетворяет физической реализации фильтра, ее необходимо
аппроксимировать другими, например дробно-рациональными, функция-
ми, для которых возможно синтезирование низкочастотных фильтров.
Хорошими схемными моделями FT являются низкочастотные трехзвенные
rL-фильтр и rCL-фильтр [34], показанный на рис. 2.9. Элементы дан-
ного фильтра находятся по формулам
Li = 2,48Tor; £2 = 0,6ТоГ; Сф = 1,45т0г; г<гс.
Если принять, например, г=5 кОм, тогда для ЗЭЛТ с разрешаю-
щей способностью ^ТВ£)_|_50~ и разверток с = 70 мкс полу-
чим L1=300 мкГ; L2=73 мкГ; Сф = 7 пФ.
При составлении модели ЗЭЛТ для растрово-цифровых и ортого-
нальных методов преобразования информации зависимые источники
можно смоделировать [что следует из (2.15) и (2.20)] в виде источни-
ков с равномерным спектром по всем частотам (с помощью б-функ-
ции), нагруженных на фильтры с характеристиками FT. Для осцилло-
графических разверток по записи модели фильтров ЬСзЧ>Сз и /-'сзЧ'сз
'-2
Рис. 2.9. Низкочастотный
фильтр FT
62

имеют такой же вид, а величина т0 определяется не только разрешаю-
щей способностью и скоростью считывания, но и углом наклона записан-
ной осциллограммы. Она соответственно в У\ + tg*Y или 1^1 + l/tg2Y
раз больше, чем для модели FT.
Схемные модели, учитывающие реальные характеристики формиро-
вания и считывания сигнала в ЗЭЛТ, являются нелинейными. Электри-
ческие нелинейные модели позволяют рассчитывать с помощью ЭВМ
оптимальные режимы ЗЭЛТ и преобразование в ней входных сигналов
для каждого конкретного устройства [35]. Электрические модели сов-
местно с физико-топологическими и технологическими моделями ЗЭЛТ
используются при автоматизированном проектировании ЗЭЛТ и
устройств на их основе.
2.4. Многократное накопление сигнала
Эффективным методом выделения сигналов из шумов является
многократное накопление, использование которого в блоках памяти на
основе ЗЭЛТ позволяет значительно повысить чувствительность различ-
ных датчиков электрических сигналов, расширить предельные парамет-
ры устройств и систем в целом, внедрить ряд новых принципов контро-
ля, обнаружения, измерения и т. д.
Повышение отношения сигнал/шум для линейной модели ЗЭЛТ и
растровых разверток по записи (обозначим его х) принимают равным
Однако при многократном накоплении сигнала в ЗЭЛТ необходи-
мо дополнительно учитывать спектры входных сигналов и шумов, пе-
рекрытие строк записи между собой и лучом считывания. Величина х
поэтому в каждом конкретном случае может отличаться от 1^Л^.Ниже
приведен расчет величины х для аддитивной смеси входных сигналов
и шумов в предположении отсутствия внутренних шумов 0РВн) блока
памяти.
а) Изменение отношения сигнал/шум при однократной записи построке
В данном случае запись и считывание происходят вдоль одной линии
и для вычисления сигнала на выходе ЗЭЛТ необходимо пользоваться
формулами § 2.1,а. Спектр выходного сигнала, рассчитанный по (2.5),
при переходе к величине входного сигнала с учетом (2.35) равен
/вых (——/„(»), (2.49)
\ VX3 I vxc
. />с"Ус.Аэ(0)
где Л = ——— '—постоянная величина.
—00 —00
Учитывая, что сигнал на выходе ЗЭЛТ функционально связан
с записанным потенциальным рельефом интегралом [см. (2.1)] и за-
писанный рельеф в свою очередь связан с входной величиной [см.
ез

(2.4)], можно установить связь [36] между характеристиками стацио-
нарных флуктуационных помех на входе и выходе ЗЭЛТ. Для данных
разверток лучей энергетический спектр флуктуационных помех на вы-
ходе
G2 <о)=А2К\(<*х) — 0», (2.50)
\vX3 / vxc
где G\ (со) — энергетический спектр входного шума.
Если на вход трубки поступает аддитивная смесь одиночного сим-
метричного (относительно /=»0) импульсного сигнала, спектр которого
/вх (<*>), и стационарной флуктуационной помехи с энергетическим спек*
тром Gi(co), соответствующие значения спектров на выходе определяют*
ся по (2.49) и (2.50), а величины сигнала и эффективного значения
шума получим как обратные преобразования Фурье при /=0. Поэтому
величины отношений сигнал/шум на входе (Ч^вх) и на выходе
(т**вых), а также коэффициент, показывающий изменение отношений
сигнал/шум в выходном сигнале при однократной записи вдоль строки
хь находятся по формулам
00
ш* __
^ вых —
К2л|/ ^ K*„(<>>x)Gt(«>)J<ux
*вх =
*m(t =0)
S
/вх(со)Ло>
4fR
/со
x-
au
J #~ (<«>*)'bxH^cd*
-00
00
\ /BX(to) fifo)
(2.51
где стш.вх — среднеквадратичное значение входной флуктуационной по-
мехи; Xi представляет собой произведение двух величин, характеризую-
64

щих отношения флуктуационных помех иш и сигнала хю на входе и
выходе трубки, причем хцп>1, a Xic<l. Выражения (2.51) могут быть
получены непосредственно из рассмотрения прохождения сигналов и
шумов через ЗЭЛТ как пространственный низкочастотный фильтр, ха-
рактеристика которого совпадает с ПЧХ /Cw.
Рассмотрим в качестве примера сигнал колоколообразной формы и
флуктуационную помеху с равномерным спектром в заданной полосе
частот при гауссовских функциях распределения плотностей токов по
сечениям лучей записи и считывания.
Энергетический спектр флуктуационной помехи в этом случае имеет
вид
{
GlW =<|G' = COnSt "РИ О^5--"» (2.52)
11 ' * 0 при <о>«1В, v '
где <q|b=2nfiB характеризует верхнюю граничную частоту. Подставляя
его в (2.51) совместно с ПЧХ К, заданной (2.36), и учитывая (2.47),
получаем
/2К5у1В/?Е/рхз
/f ™T3g>/NTB3)+50
Ф(3,76?187зЛ^+50) ' (2-53)
где — время записи строки, приведенное к диаметру мишени. Как
следуе? из (2.53), х,ш не зависит от екорости считывания, что соответ-
ствует физическим процессам неразрушающего считывания. Нормирован-
ная характеристика *lul/vX3 представлена графически на рис. 2.10
(сплошная линия) в зависимости от обобщенной переменной X =
= - , характеризующей разрешающую способность ЗЭЛТ
ТВ0+5О
^тв^)+50' Условия записи а также параметры флуктуационной
помехи f1B на входе трубки. Зависимость, изображенная на рис. 2.10,
является универсальной и позволяет построить желаемые семейства
кривых при выборе в качестве параметра одной или двух величин из
Ьв> Л^В0+5О. Для * = 0,4, Ф(3,7б^)^1 зависимость (2.53)
аппроксимируется формулой
х1ш^ 2,07^ |Л^з<Лв#+50
(штриховая кривая), из которой видно, что для флуктуационной поме-
хи с равномерным спектром и
fiB>0,4^TB^)+5()/7,e^ee уменьшение на
5—17 65

1,2
1,0
0,8
OA
ш
3
/
^ /
/
f
/
/
/
/
/
/
Г
I
0,8
0,8
0,4
0J\
О 0,1 0,2 OtJf7B 7за
Рис. 2.10. Зависимость хцл/у*
для шумов
\^
1 1°*
V \ \\
\ \ кэ
\ \ ел
Ддв
^\
1 миш
миш
10
102 10* Тгъ/2т<
Рис. 2.11. Изменение х1с/у*3
от Т3^12чг для колоколообраз-
ного входного сигнала
выходе ЗЭЛТ пропорционально Vj^ при однократной записи вдоль
строки.
Для импульса колоколообразной формы ^Вх(0 =&о ехр [—(t/xi)2]
(где ti — длительность на уровне, в «е» раз меньшем 90) спектр вход-
ного сигнала 1Вх(<*>) = 3о V" t2ieixp(— coVj/4). Подставляя спектр си-
гнала в (2.51), для хю получим
00
J 'вх(«)<Ь>*
—00 1
oo
J''
(о>)Ло
Чз^+^г/^зт2,)
„„/1+2,89^,/^^ '
(2.54)
где A\ = /2тj. Графическая зависимость %\cvx3 представлена се-
мейством кривых на рис. 2.11 для трубок с различной разрешающей
способностью. С уменьшением разрешающей способности и увеличением
Х\ величина хю^хз уменьшается.
Полученные выражения и графики для х!ш и хю позволяют опре-
делить в каждом частном случае изменение отношения сигнал/шум на
выходе ЗЭЛТ при однократной записи по строке. Так, например, для
равномерного энергетического спектра флуктуационной помехи с fib =
= 10 МГц и колоколообразного сигнала длительностью 2ti = 0,05 мкс
изменение отношения сигнал/шум на выходе ЗЭЛТ, разрешающая спо-
66

собность которой ^TB<g)_|_50= и время отклонения луча записи
7^ = 70 мкс (Х=0,467, Xi=1400), равно x1=xlmXic = 1,4-0,5 = 0,7.
При тех же параметрах входной помехи, ЗЭЛТ и развертках для сиг-
налов с 2т^0,7 мкс Xi= 1,4 -1 = 1,4.
б) Перекрытие строк и покадровое накопление
Частичное перекрытие строк записи между собой и лучом считыва-
ния при однократной растровой записи кадра информации, как видно
из § 2.1, влияет на формирование потенциального рельефа и амплитуду
выходного сигнала. Спектр сигнала на выходе согласно (2.12) равен
сумме спектров входных сигналов, взятых с весовыми коэффициентами
Фсз , зависящими от параметров разложения растра записи, режимов
работы ЗЭЛТ и взаимного положения строки считывания относительно
записанного потенциального рельефа. Ограничимся здесь рассмотрением
входных сигналов, одинаковых по форме и временным положениям на
строках записи, и определим изменение отношения сигнал/шум (обо-
значим его хг), вызванное частичным перекрытием строк. Расчет про-
изведем для сигналов различной протяженности по кадру, т. е. запи-
санных на различном количестве строк записи.
Если взять частный случай, когда сигнал записан на каждой стро-
ке растра и считывание происходит по строке, совпадающей с одной
из средних строк записи, то относительное увеличение сигнала опреде-
ляется по (2.14), которое для гауссовских лучей записи и считывания
равно
2 ехр(~1,38т2/С^), (2.55)
i=i'±m
N Ю
где KN = NTBg>+5o/Ng) и N& = ' kw* — отношение размера
растра по кадру к диаметру мишени. Величина \Рл является суммой
весовых коэффициентов по строкам растра записи. Поскольку флуктуа-
ционные помехи суммируются по действующим значениям, их величина
на выходе ЗЭЛТ (Ч^щ) пропорциональна корню квадратному из суммы
квадратов весовых коэффициентов и изменение отношения сигнал/шум
равно
1+ Е ехр( — \,38m2K2N)
V i=i>±m
Из (2.56) следует, что при совмещении всех строк растра записи
(Ду=0) все весовые коэффициенты равны 1 и х2 = VN. Это имеет
место в случае многократной записи по одной строке. На рис. 2.12 для
разных значений параметра Kn приведены семейства кривых, соответ-
5* 67

ствующих числителю (штриховые) и знаменателю (2.56) в зависимости
от т (т=0 для i'=k, а координата т показывает суммирование по
количеству строк, расположенных на одинаковых расстояниях от i').
Эти кривые дают возможность оценить степень влияния различных
строк растра записи и протяженности сигнала на отношение х2. Как
видно из рис. 2.12, для каждой величины Kn значения и Ч'ып до-
стигают области ограничения при определенных количествах строк за-
писи (2/n-f-l), где влиянием остальных строк можно пренебречь.
Рис. 2.12. Влияние перекры- Рис. 2.13. Изменение хг
тия строк на изменение отно- в зависимости от отно-
сительной величины сигнала сительной величины сме-
(штриховые кривые) и флук- шения бсм
туационной помехи
С увеличением Kn кривые приближаются к Чг&= 1 (Чгаш = 1), что
указывает на отсутствие частичного перекрытия строк растра записи
между собой и строкой считывания (Г-я строка записи совпадает с k-й
строкой считывания, а влиянием всех остальных строк можно пренеб-
речь). При /Cjv=1,5 суммарный относительный вклад всех строк (кроме
if) записи составляет не более 9 % по сравнению со строкой i\ поэто-
му при /Cjv^1,5 можно пренебречь влиянием частичного перекрытия
строк и связанного с ним изменения отношения сигнал/шум и брать
х2=1. В общем случае х2 находится по рис. 2.12 как отношение орди-
нат при заданном Kn, причем Ч^щ следует брать для области ограни-
чения (Чкштах), поскольку обычно флуктуационная помеха записы-
вается на всех строках (исключая работу блока памяти при записи
стробированных строк). Наихудшие условия будут для сигнала, запи-
санного на одной строке (т = 0 и х2= 1/^штох). Частичное перекры-
тие строк может ухудшить или улучшить отношение сигнал/шум в за-
висимости от протяженности сигнала по кадру. Если строка считыва-
ния совпадает с одной из крайних строк, на которой записан сигнал,
68

отношение Хг находится аналогично, только в этом случае необхо-
димо уменьшить, поскольку суммирование происходит по строкам, рас-
положенным с одной стороны от i'.
Учитывая (2.16) и смещение k-й строки считывания по отношению
к i'-й строке записи, можно после преобразований получить более обоб-
щенные по сравнению с (2.55) и (2.56) выражения Ч^ш и Ч'ь:
Щ = ехр( - 1 ,38*V2cm) + 2 (ехР t ~ 1.38*Vй - 5см)2] +
т
+ ехр [ - 1,38K*N(т + ; (2.57)
*t = Vkj ехр( - 2,76K*NVW) + 2 (ехР l-2J6K*N(m-dCH)*] +
+ ехр [ - 2J6K*N(m + $см)2]},
где 6cM=Ai/Ay — относительное смещение. Изменение Хг в зависимо-
сти от 6см при различных параметрах Kn представлено на рис. 2.13.
При этом т выбиралось из условия определения Хг в области ограни-
чения. Из кривых рис. 2.13 следует постоянство величины хг при изме-
нении 6см (вызванное, например, нестабильностью разверток) для
Kn<1. По ним можно непосредственно определить изменение отноше-
ния сигнал/шум, вызванное частичным перекрытием строк, для запи-
санных сигналов большой протяженности по кадру.
Поскольку . =%2k> выражением (2.55) и соответствующими
i 1
кривыми (рис.2.12), можно пользоваться для определения суммы
2^П£Г не°б*одимой при составлении модели ЗЭЛТ.
Покадровое накопление сигнала и флуктуационной помехи дает
выигрыш (обозначим егохз) в отношении сигнал/шум, равный х3 = VNk,
Таким образом, при многократном накоплении статической информации
общее изменение в отношении сигнал/шум
x=?W2X3. (2.58)
При известных величинах отношения сигнал/шум на входе ЗЭЛТ
и х, заданного (2.58), можно, таким образом, вычислить отношение
сигнал/шум на выходе. Однако приведенные выше расчеты справедливы
лишь в предположении отсутствия «внутренних» шумов блока памяти,
т. е. когда хЧ'вх'СЧ'вн. Если же путем многократного накопления до-
стигнута величина хЧгвх>Чгвн, отношение сигнал/шум на выходе опре-
деляет Ч'вн, не зависящее от возможности дальнейшего повышения
хЧ'вх. Для определения отношения сигнал/шум при соизмеримых хЧ'вх
и Ч'ин необходимо суммировать среднеквадратичные величины шумов
хТцх с «внутренними» шумами блока памяти.
69

Глава третья
ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ БЛОКОВ ПАМЯТИ НА ЗЭЛТ
3.1. Сквозные частотные характеристики
Сквозные частотные характеристики блоков памяти определяются
характеристиками каналов записи и считывания, ПЧХ и методами пре-
образования разверток в ЗЭЛТ. Так, при растровых развертках записи
и считывания согласно выражению (2.12) спектр выходного сигнала,
поступающего в усилитель считывания, равен произведению ^сз(сож)
и спектра сигнала на выходе усилителя записи. Поэтому сквозная ча-
стотная характеристика (К„с) определяется как для трех последова-
тельно включенных линейных фильтров: К^с=К7.зК^Ку.с (Ку.з — уси-
литель записи, К„ — трубка, /Су.с—усилитель считывания).
\Кус
1
I
л
8
I-7\ 5
1
х-
V
9
О ZOO 400 600 800 1000 /VTg4); Л/„Ахз'*
Рис. 3.1. Пространственно-частотные характеристики:
'-*~<ЛГТв£)+50 = 550); 2 - K^(NTB^+S0== 1300); 3 - KyJTcg = 70 мкс.
Af = A,S МГц); 4-Ку 3(Т3ф= 200 шс, >f = 3,5 МГц); 5 -/С_с(2+3+4);
^~ ^_c(2-t-4+/Cyc(7'c^= 140 мкс)); 7 — KyJ(Tcg) = 20 мкс, Af = 4,8 МГц);
5-/С_с(1+7+4); Р_/С_с(1+3+4)
В качестве переменной можно выбрать удельные (о)х, WTB, сох/2я)
или абсолютные (^тв£> или JVa) пространственные величины.
Перевод временных частотных характеристик усилителей записи и
считывания в ПЧХ производится по формуле
где / — частота; v — скорость движения луча по мишени ЗЭЛТ,
а Т£ — время, за которое луч перемещается на величину, равную диа-
метру мишени.
Пример ПЧХ усилителя записи с нижней нулевой частотой и поло-
сой А/=3,5 МГц (на уровне 0,5) показан на рис. 3.1 кривой 4 для
70

7^^=200 мкс, а усилителя считывания с полосой 4,8 МГц — кривы-
ми 3 = 70 мкс) и 7(^с£) = ^ мкс^ * Данные характеристики
являются суммарными, учитывающими влияние Свх на выходе усили-
теля записи и Сн, Ст, гс, гв (см. рис. 2.8,а) на входе усилителя счи-
тывания. Кривыми / и 2 показаны соответственно ПЧХ К„ ЗЭЛТ с
^TB^_j_gQ = 550 и ^тв£)_(_5о = 1300. Сквозные частотные характеристи-
ки блоков памяти на основе ЗЭЛТ с ^xag)_j_50=^ показаны кривы-
ми б5, 9 и ^TB<g)_j_5o ~ ^300 кривыми 5, 6 с данными усилителями при
различных значениях 7^, 7'з^. Из сравнения кривых видна различ-
ная степень влияния усилительных каналов на К „с в зависимости от ве-
личины Tg)fB, где fB — верхняя граничная частота, при которой начи-
нается спад частотных характеристик усилителей.
Влиянием усилительных каналов на сквозную характеристику бло-
ка памяти можно пренебречь при выполнении условия
Ь>0.^твЯ+50/7> <3'2>
при котором К с^Я^. Если имеются величины измерений по другим
ПЧХ или другие отсчетные значения разрешающей способности, то
к ^тв<£)+50 можно перейти с помощью пересчетных коэффициентов
(2.46) или рис. 2.7.
Сквозные характеристики используются для расчета частотных ха-
рактеристик устройств, однако при этом необходимо учитывать относи-
тельные размеры растров на мишени ЗЭЛТ в режимах записи и счи-
тывания. Так, например, на рис. 3.2 показана запись четырех субкадров
на мишени (а) и одновременное их считывание, а также запись одного
кадра (б) и селективное считывание участка.
В каждом конкретном случае при сопряжении с датчиком ПЧХ
блока памяти отливается от рассмотренных выше К„с только масштаб-
ным коэффициентом по абсциссе ЛГЛ = ^тв^&*з (аналогично по коорди-
нате у Ыл = NTB^ky3)f а в режиме считывания Юл = Мтвдкхс(Ыл =
= ЛГтв^/^с), т. е. блок памяти имеет две сквозные ПЧХ (со стороны
датчика и приемника), отличающиеся масштабным коэффициентом.
При цифровой развертке по записи и растровой по считыванию
спектр выходного сигнала на входе усилителя считывания [см. (2.15)]
зависит от функции Fcs(ci)x), величины плотности и координатного рас-
положения заряда, нанесенного в режиме записи. Независимо от вход-
ного сигнала наибольшая полоса пропускания усилителя считывания
необходима при записи одного элемента координатного поля или их
множества с одинаковыми величинами Xi (точечная запись вертикаль-
71

ной линии). При этом спектр выходного сигнала ЗЭЛТ, как видно из
сравнения (2.15) и (2.35), по форме совпадает с К„, а на выходе
блока памяти совпадает с произведением К^Кус. Поэтому сквозная
характеристика оказывается равной К„с = /С 7Сус- 11 68 необходимо
использовать для расчета узлов устройства, включенных за блоком па-
мяти со стороны усилителя считывания. Если усилитель считывания
и последующие узлы не накладывают ограничения на ПЧХ ЗЭЛТ, то
/С^с= К„ и по ней можно определить параметры устройства в целом,
используя однозначную связь между К„ и К+(М+). По этим харак-
теристикам находят, например, необходимую дискретность координат-
CL) б)
Рис. 3.2. Определение масштабных коэффициентов по записи и считы-
ванию:
и °з , Ь3 ас Ьс
kxs в — . kya = —; kxc = —; kyc = — ; ас, bc, а3, b3 — размеры
растров считывания и записи
ного поля записи (/Срц=1—М+ для Ау=2/#тв). Характеристика Ку.в
не влияет на сквозные частотные характеристики блока памяти и опре-
деляется длительностью импульсов записи, зависящей от метода форми-
рования потенциального рельефа, быстродействия каналов отклонения
луча записи и передачи информации.
В случае цифровых методов отклонения луча в режимах записи и
считывания спектр выходного сигнала и, следовательно, выбор усилите-
ля считывания зависят от параметров импульсов считывания. Сквозные
характеристики блоков памяти (например, информационная емкость)
определяются при этом по К+ или М+ запоминающих трубок.
Анализ выражений (2.23) —(2.25), (2.27) и (2.28) для двух вариан-
тов растрового считывания осциллографической записи (см. § 2.1,е) по-
казывает, что на спектр выходного сигнала усилитель записи не оказы-
вает влияния и сквозные характеристики блоков памяти находятся по
характеристикам трех последовательно включенных элементов:
72
(3.3)

где К„ = Lc3(<*y)/LC3(0); К.(Т) = Фсз(1%)/Фсз(0) для vxc = О
vyc = const; К„ = FC3(<*x)/FC3(0); /С'0(Г) = Фсз(«х/Г)/Фсз(0) для
Ряс = const, = 0.
Произведение К„К0(Т) для гауссовских лучей и разных Г совпа-
дает с семейством кривых рис. 2.6, которое может использоваться при
расчете К„с [К„К'9(Т) находим по тем же кривым для углов 90°—у].
В граничном случае при y=0 /С0(г) = 1 и сквозные характеристики блоков
памяти такие же, как для цифровой записи и растрового считывания.
Аналогично можно определить сквозные ПЧХ при внешнем считывании
осциллограммы или другого изображения с экрана осциллографической
ЭЛТ, телевизионного кинескопа и т. д. Считывание можно производить
с помощью передающей ЭЛТ, ПЗС матрицы и др. [2].
3.2. Помехи на выходе блоков памяти
Помехи в выходном сигнале блока памяти,состоят обычно из ста-
ционарных флуктуационных помех усилителя считывания и луча считы-
вания, а также детерминированных помех, которые обусловлены нерав-
номерностью сигнала по площади мишени, структурными помехами ми-
шени ЗЭЛТ и помехами, вызванными модуляцией плотностей токов
электронных лучей сетками, расположенными на пути к мишени. Со-
ставляющие помех определяются типом ЗЭЛТ, способами записи и счи-
тывания в трубе и параметрами разверток. Они оказывают существен-
ное влияние на характеристики блоков памяти, работающих в устрой-
ствах преобразования и отображения полутоновой информации, где ко-
личество воспроизводимых полутонов на выходе является одним не-
важных параметров. Рассмотрим помехи, возникающие на выходе
ЗЭЛТ, описанных в § 1.2 и L3.
а) Модуляция электронных лучей выравнивающей сеткой
Выравнивающая сетка, расположенная перед мишенью ЗЭЛТ (см.
рис. 1.2, 1.12), перехватывает часть электронов луча и модулирует плот-
ность его тока в режимах записи и стирания. В результате потенциаль-
ный рельеф диэлектрика может иметь составляющие, которые в режиме
считывания образуют помехи, наложенные на выходной сигнал. Кроме
того, луч считывания при сканировании также модулируется по плотно-
сти тока сеткой, что приводит к появлению дополнительной составляю-
щей помехи.
В плоскости сетки траектории электронов близки к прямолиней-
ным, поэтому ее влияние можно оценить, исходя из геометрических
размеров. Конструктивно сетка представляет собой периодическую по-
следовательность прямоугольных отверстий размером hxh с перемыч-
ками между ними, равными d (рис. 3.3). Определим данный вид помех
спектральным методом. Рассмотрим вначале спектр тока луча за оди-
ночным отверстием (рис. 3.3,а), если до отверстия плотность тока по-
73

Рис. 3.3. Схематическое изображение одиночного отверстия (а) и вы-
равнивающей сетки (б)
стоянна и луч движется с постоянной скоростью в направлении коор-
динаты х. С учетом (2.3) и (2.6) спектр тока луча
00
Ш~-^р'1-»х)Ц»х) §W)4yW. (3.4)
—00
fv sin(©xA1/2)
где Z(<ox) = 1 5(х)ехр( — ja>xx)dx = — — пространственный
j wjc/2
—00
спектр от функции прозрачности отверстия;
(1 при —/г,/2<х<Л1/2; —/z2/2<*/</z2/2;
О np-i х<-/ч/2; y<-h2/2;
x>hJ2\ y>h2/2;
F'(—(Ox)—пространственный спектр функции распределения плотности
тока по сечению луча в плоскости отверстия. Данное выражение можно
использовать для определения влияния одиночных локальных дефектов
сетки, представляемых отверстиями различных размеров.
Спектр тока луча, прошедшего плоскость выравнивающей сетки,
дискретный, и его составляющие определяются по спектру (3.4) и про-
странственному периоду сетки (как в § 2.2 определялся спектр для за-
писанных потенциальных дорожек). В частном случае гауссовского луча
м»,> - мл {.+. fj °*р ■-<--■*>■ 4
(3.5)
74

где Jon — ток луча до сетки; бс=(й—d) /h, R'— радиус луча в пло-
скости сетки;
00
«=—00
da=d/iR'\ hB = h/R'\ AH=Ac/#'; Ф— интеграл вероятностей; Ас—рас-
стояние между координатами у центров луча и ближайшего прутка
сетки; сож1 — частота, соответствующая пространственному периоду сет-
ки. Спектр имеет постоянную и гармонические составляющие тока с ди-
скретными частотами kv(Dxi и амплитудами
л = мс^.л; J* = 2мс<7ол1s1"kfc 1 ехр( -kW/h*H), k = \, 2, 3...
/гяос
(3.6)
Чтобы определить степень влияния сетки в каждом из режимов на
выходной сигнал, рассмотрим поочередно считывание, запись и стирание
сигнала, учитывая модуляцию луча сеткой только в рассматриваемом
режиме.
Предположим вначале, что на поверхности мишени записан постоян-
ный потенциальный рельеф и3(х, у) = const и отпертый луч сканирует
мишень в направлении координаты х. Спектр выходного сигнала полу-
чим непосредственно из (3.5), если вместо v положить ихс, R' заме-
нить на R'c и учесть выражение (2.2):
/вых(5)=СрИ3/л(5). (3.7)
Поэтому в выходном сигнале кроме постоянной составляющей присут-
ствуют гармонические помехи, частоты которых соа = ^ухсо)х1, а ампли-
туды определяются геометрией сетки и размерами луча считывания
в плоскости сетки. Амплитуды составляющих выходного сигнала по-
лучаем, умножив на СрИ3 составляющие (3.6).
Относительное изменение амплитуды первой (тс = «7'1/5г0), второй
(я*с2 = <72/«7в) и третьей (mCe = <73/«70) гармоник периодических помех
в зависимости от отношения h/R'c для различных сеток (бс)
показано на рис. 3.4. С уменьшением R'c происходит воз-
растание амплитуды переменной составляющей, что наблюдается
на практике при фокусировке луча считывания в плоскости
выравнивающей сетки. Если принять, например, величину периода сетки
Л=40 мкм, толщину прутка d=4-f-12 мкм, /?'с = 30-г-40 мкм и опреде-
лить mCv mCit тСз (бс=0,7ч-0,9; h/R'c = 1,Зч-1), то найдем,
что модуляцией сетки луча считывания ЗЭЛТ можно пренебречь. Одна-
ко, если h/R'c = 2-^-2,5, то тС1 = 0,15и модуляцию необходимо учиты-
вать. Уменьшение данного вида помех возможно в ЗЭЛТ за счет при-
менения мелкоструктурных выравнивающих сеток с повышенной про-
зрачностью. Как следует из (3.6), величина помехи, вызванной модуля-
75

Рис. 3.4. Гармоники периодической
помехи модуляции луча считывания
выравнивающей сеткой
цией сеткой луча считывания, не
зависит от размера луча в плоско-
сти мишени.
Составляющую выходного сиг-
нала от модуляции сеткой постоян-
но отпертого сканирующего луча
записи вычислим в предположении
отсутствия модуляции по считыва-
нию. В этом случае получаем заме-
ну ЗЭЛТ на эквивалентную ЗЭЛТ
без выравнивающей сетки, в кото-
рой сканирующий луч записи моду-
лируется входным сигналом со
спектром (3.5) и происходит преоб-
разование информации, описанное в § 2.1,а, б. Поскольку спектр
входного сигнала состоит из постоянной и гармонических составляю-
щих, можно непосредственно вычислить изменение выходного сигнала
[см. (2.34)] во времени:
^вых(0 = ДЛ,С Мс^олЯХ
Х 1 + S mcK„(ki»xl)sin(k<»xlvxc) 1 ехр [- (-£;)*] > <3-8>
где ^ол относится к лучу записи; т вычисляется из выражений (3.6)
k
при hw=h/R\ и исключении знака модуля для sinfort6c; R'z— радиус
луча записи в плоскости сетки. Как следует из (3.8), составляющие по-
мехи зависят не только от отношения радуса луча записи в плоско-
сти сетки к периоду сетки и ее геометрии, но и от ПЧХ трубки К ,
которая определяется размерами лучей записи и считывания в плоско-
сти мишени. Для увеличения разрешающей способности ЗЭЛТ необхо-
димо использовать более мелкоструктурные сетки, для которых модуля-
ция уменьшается. Модуляция наиболее заметна при работе ЗЭЛТ с ма-
лыми токами записи, например в малокадровом телевидении.
Процесс модуляции стирающего луча сеткой можно описать ана-
логично и получить выражение, подобное (3.8). Поскольку стирание
обычно происходит при больших токах луча (и, следовательно, разме-
рах луча), составляющие помех значительно меньше и модуляцией сти-
рающего луча сеткой можно пренебречь.
76

Из выражений (3.6) — (3.8) следует, что данные помехи линейно за-
висят от токов лучей записи и считывания, записанного потенциального
рельефа и крутизны управляющих характеристик ЗЭЛТ. Так как кру-
тизна характеристик изменяется в зависимости от нд.м (см. рис. 1.5),
характерным для помех является наличие их максимума на рабочем
участке считывания, где 5У максимальна. Помехи от модуляции сет-
кой лучей записи и считывания накладываются на информацию, преоб-
разуемую в ЗЭЛТ, и их невозможно отфильтровать от структурных
помех, но оценить их относительную величину можно с помощью кри-
вых рис. 3.4.
б) Структурные помехи и неравномерность сигнала по площади
мишени
Структурные помехи ЗЭЛТ, обусловленные локальными неодно-
родностями в структуре мишени и отклонениями в регулярности дис-
кретной структуры диэлектрического покрытия, определяются рядом
технологических факторов при изготовлении ЗЭЛТ. Для каждой кон-
кретной ЗЭЛТ структурную помеху можно рассматривать как детер-
минированную величину, но поскольку от точки к точке на мишени или
в разных трубках она принимает случайные значения, данный вид по-
мех характеризуют статистическими параметрами. Необходимо учиты-
вать при этом невозможность уменьшения величины структурных помех
(в противоположность флуктуационным помехам) при многократном
накоплении.
Случайное изменение дискретности диэлектрической структуры ми-
шени приводит к флуктуациям крутизны управляющей характеристики
и, следовательно, к флуктуациям считанного сигнала (А^с.п) для одно-
го и того же Ыд.м. Из схематически представленного на рис. 3.5 раз-
броса управляющих характеристик при постоянном ым.сч следует, что
структурная помеха зависит от величины ыд.м, т. е. от расположения
записанного потенциального рельефа на управляющей характеристике.
При Ид.м < #0TCl и ^д.м^^д.м4она равна нулю, а в промежутке имеет
конечные значения, проходя через максимум (например, на рис. 3.5 при
идм ) в промежутке uQTCi < *гд,м< ^Д<М4. Для ЗЭЛТ с меньшей крутиз-
ной управляющих характеристик А&с.и меньше.
Обобщенной характеристикой структурных помех, которая обычно
снимается экспериментально, является зависимость приведенных зна-
чений УсчтахА'кп (*'кп — квазипиковое значение структурной помехи)
в динамическом диапазоне считывания. Пример такой характеристики
для ЗЭЛТ, работающей в режиме неразрушающего считывания, пока-
зан на рис. 3.6 (сплошная кривая). Там же приведена зависимость
относительной величины структурной помехи в диапазоне считывания
ЗЭЛТ (/кптах соответствует максимальному значению структурной по-
мехи). Исследования структурных помех показывают, что их закон рас-
77

пределения близок к нормальному и величина пик-фактора находится
в пределах 4,8—6.
Учитывая, что структурные помехи являются детерминированными,
их можно было бы смоделировать и вычесть из считанного сигнала,
однако практически это труднореализуемо. Неэффективным является так-
же способ фильтрации структурных помех, поскольку их спектр в боль-
шинстве случаев перекрывает информативные участки спектра записан-
ного в ЗЭЛТ сигнала. Параметры структурных помех определяются
технологическим уровнем изготовления мишеней.
•ттах *кп
Рис. 3.5. Схематическое пред- Рис. 3.6. Изменение структурных
ставление разброса управляющих помех в диапазоне считывания
характеристик и образование
структурной помехи
Видиконная конструкция электронно-оптической и фокусирующе-
отклоняющей системы в ЗЭЛТ позволяет подойти к анализу неравно-
мерности считанного сигнала по площади мишени, флуктуационных по-
мех электронного луча и выбору нагрузочного сопротивления аналогич-
но тому, как это делается для передающих трубок видиконного типа
[37]. Общими для видиконов и ЗЭЛТ являются некоторые причины
возникновения неравномерности считанного сигнала и методы ее умень-
шения.
Каждому из методов записи и считывания сигнала в ЗЭЛТ прису-
щи свои составляющие неравномерности сигнала. При неравновесной
записи по катоду, управляющему электроду и мишени нелинейность раз-
верток и расфокусировка луча по мишени вносят составляющие нерав-
номерности, в то время как для равновесной записи по катоду и мише-
ни данная составляющая неравномерности отсутствует. Для разрушаю-
щего считывания имеют место составляющие неравномерности, связан-
ные с нелинейностью разверток и расфокусировкой луча по мишени,
а для неразрушающего считывания они отсутствуют.
78

В режиме неразрушающего считывания неравномерность обуслов-
лена неортогональностью траекторий электронов при подходе к мише-
ни. Данная неравномерность (А&ф) представляет собой низкочастот-
ную детерминированную аддитивную помеху, зависящую от применяе-
мой ФОС и ее положения относительно ЗЭЛТ, тока корректирующих
катушек, потенциалов фокусирующего электрода, выравнивающей сетки
и мишени, совокупное влияние которых на отклонение траекторий луча
считывания от ортогонального удобно представить эквивалентными ве-
личинами разброса напряжения отсечки управляющих характеристик по
площади мишени (Аы0тс— положительная величина, для ортогональ-
ных траекторий равная нулю). Поэтому величину неравномерности
можно вычислить как разность управляющих характеристик
(СМ. рис. 3.5) А^ф ^^сч(«д.м, "м.сч + АЫотс) — ^сч("д.м — "M.cqK
При изменении мд.м от иотс до иА^А^ф изменяется от
нуля, проходит через максимум на среднем участке, на кото-
ром A^^SyAttoTc и равна нулю при Ид.м>мд.м4. Следова-
тельно, уменьшения неравномерности можно достичь в трубках
с меньшими значениями крутизны и выбором рабочих точек по записи
и считыванию в области иогс инд.м4. Поэтому для преобразования
двухуровневого сигнала в ЗЭЛТ целесообразно выбирать wp<w0Tc и
режим по записи, обеспечивающий расположение мд.м в верхней не-
линейной области управляющей характеристики («д.м > ид.м4)1ля запи-
санного сигнала.
В случае полутонового (многоуровневого) сигнала наибольшая не-
равномерность будет для средних уровней входного сигнала, располо-
женных на середине управляющей характеристики. Неравномерность
сигнала считывания по площади мишени при настройке по минимуму
А^ф имеет вид параболических зависимостей по строке и кадру. По-
скольку в процессе считывания происходит изменение неравномерности
сигнала по площади мишени, для сигналов, записанных на рабочем
участке управляющей характеристики, применение обычных схемных ре-
шений уменьшения неравномерности (используемых в прикладном теле-
видении) с замешиванием сигналов от генераторов компенсирующих
сигналов или от блоков запоминания сигнала от неравномерности в ка-
нал обработки сигнала считывания не всегда оправдано.
Устранения неравномерности можно достичь при переносе спектра
входного сигнала за полосу частот спектра от неравномерности. В этом
случае входной сигнал модулирует несущую частоту, в результате чего
на мишени ЗЭЛТ записывается амплитудно или частотно модулирован-
ный сигнал, который впоследствии детектируется в канале считывания.
Несущую частоту необходимо выбирать в области ПЧХ ЗЭЛТ, и она
должна быть выше верхней граничной частоты спектра сигнала записи,
что накладывает ограничения на разрешающую способность блока па-
79

мяти при использовании данного метода уменьшения неравномерности
сигнала по площади мишени.
Если по специфике применения блока памяти на ЗЭЛТ основная
часть спектра входного сигнала находится выше низкочастотного спект-
ра неравномерности (например, просмотр дефектов малых размеров,
дискретное отображение протяженных объектов, вывод алфавитно-циф-
ровой и графической информации, дискретизация горизонтальных линий
и т. д.), то целесообразно использовать частотную фильтрацию в кана-
ле считывания или схемы слежения за неравномерностью сигнала.
Рассмотренные помехи от модуляции электронных лучей выравни-
вающей сеткой, структурные помехи и неравномерность сигнала для
выходных сигналов, соответствующих середине динамического диапазо-
на считывания, уменьшаются в ЗЭЛТ с меньшей крутизной управляю-
щих характеристик. Уменьшение крутизны SY возможно аппаратурны-
ми методами.
Основными флуктуационными помехами блока памяти являются
шумы тока сигнала считывания трубки (ы.тр) и шумы усилителя счи-
тывания, состоящие из тепловых шумов активного сопротивления (/ш.т)
и шумов первого каскада (1ш.др — дробовые шумы первой лампы или
шумы входного транзистора). Для неразрушающего считывания шумы
трубки являются дробовыми и равны /2ш.тр=.2е5гСчА/:, где е — заряд
электрона. Шуми усилителя считывания и их зависимость от сопротив-
ления нагрузки и эквивалентного шумового сопротивления, суммарной
входной емкости и Af для передающих трубок видиконного типа по-
дробно рассмотрены в [37, 38]. Результаты применимы к ЗЭЛТ, по-
скольку их внутреннее сопротивление и емкость мишени близки к со-
ответствующим величинам видиконов.
Величина суммарных помех на выходе блока памяти зависит от
расположения записанного потенциального рельефа относительно управ-
ляющей характеристики считывания, полосы и шумов канала считыва-
ния и в каждом конкретном примере требует вычислений. В случае за-
писи бистабильной информации выбором рабочих точек и глубины за-
писанного потенциального рельефа можно исключить неравномерность
сигнала по площади мишени, структурные помехи и модуляционные
помехи сетки, в результате чего помехи блока памяти состоят из дро-
бовых шумов ЗЭЛТ и шумов усилителя считывания.
К помехам следует отнести также муаровые эффекты, вызванные
низкочастотными биениями, обусловленными периодичностью структуры
сетки и растров в режимах записи и считывания. Поворотом ЗЭЛТ
относительно ФОС сеточные муары устраняются.
Муары, обусловленные растровой структурой записанного на мише-
ни ЗЭЛТ сигнала и растровым методом отклонения луча в режиме счи-
тывания (растры совпадают по направлениям сканирования), увеличи-
ваются при увеличении разрешающей способности ЗЭЛТ и уменьшении
количества строк разложения в растре. Поэтому в блоках памяти
30

с высокой разрешающей способностью необходимо применять такие
меры по уменьшению или устранению муаров, которые заключаются
в ортогональной коммутации направлений растров в режимах записи и
считывания, увеличении размеров электронного луча в направлении
кадровой развертки, включении дополнительных узлов высокочастотного
отклонения (вобуляции) электронного луча записи в направлении кад-
ровой развертки или увеличении плотности строк растра записи. По-
следний метод может осуществляться уменьшением размеров растра
в направлении кадровой развертки на мишени ЗЭЛТ, увеличением ко-
личества строк в растре или переходом на другие типы растров, когда
кадр состоит из нескольких полей, сдвинутых между собой в направ-
лении кадровой развертки. Оценка необходимого количества строк раз-
ложения в кадре и относительного размера растра, при ко-
торых отсутствуют муары, производится с учетом (2.46) по формуле
^>0,5ЛГтва)+5 = 0,8.Утва>+50.
3.3. Градационные характеристики
Градационные характеристики ЗЭЛТ являются одними из наибо-
лее важных для устройств преобразования полутоновой информации.
Они определяются динамическим диапазоном трубки и различаемыми
перепадами считанного сигнала, которые зависят от помех.
Неравномерность считанного сигнала по площади мишени является
наибольшей по сравнению с другими помехами и оказывает значитель-
ное влияние на градационные характеристики. Она изменяет динамиче-
ский диапазон трубки, приводит к градационным потерям и искаже-
ниям. Потеря градаций может быть рассчитана, если известно количе-
ство различаемых перепадов сигнала во всем диапазоне считывания.
Определим зависимость количества градаций на выходе ЗЭЛТ от ве-
личины выходного сигнала при неразрушающем считывании. Для упро-
щения примем вначале во внимание только структурные помехи.
Структурные помехи, несмотря на их принципиальные физические
различия с фотографическими помехами, по характеру и математическо-
му описанию тождественны с ними. Так же как и фотографические,
структурные помехи имеют явно выраженный максимум в средней
области динамического диапазона, поэтому расчет количества градаций
следует проводить по методике, описанной в [38] для фотографиче-
ских шумов. Различимый перепад сигнала
Д^'сч^^^'эф/. (3.9)
где &н — коэффициент надежности измерения или определения града-
ций; А^'сч;=А(^сч/^счшах)i — относительное значение /-го перепада
сигнала; ГЭфj= (*'Эф/«^счтах)j — относительная величина эффективного
значения структурной помехи на уровне /-го перепада сигнала. Коли-
6-17 81

чество градаций получается как число т0а слагаемых A^'cmj, из кото-
рых состоит усч'.
j'c* = 2 ^'«У = 2 *'эф}< (3-10)
/=1 /=1
Штрихпунктирная кривая на рис. 3.6 устанавливает взаимосвязь
*'э<нЛ'эфтах (Umax СВЯЗЯНа С iKnmax Через ВеЛИЧИНу ПИК-фаКТОра) И
&'сч, ПОЭТОМУ, ЗадаВШИСЬ КОНКреТНОЙ ВеЛИЧИНОЙ ГЭфmax, можно для
каждого значения &'Сч найти число топ, удовлетворяющее (3.10). За-
метим, что, поскольку произведение &HtfWUmax остается постоянным
для заданного 3\ч (при реальных величинах Гафтах), его целесо-
образно выбрать в качестве обобщенной функции при расчете града-
ционных характеристик. Результаты вычислений представлены на
рис. 3.7 (сплошная линия /) и позволяют по известным величинам
З^сч, &н и ГЭфmax определить /п0п, которое является максимально воз-
можным количеством градаций считанного сигнала на выходе трубки
или на выходе блока памяти, если пренебречь флуктуационными поме-
хами усилителя считывания. Штриховая прямая приведена для случая,
когда структурная помеха не зависит от сигнала считывания и равна
Гэфтах. Флуктуационные помехи усилителя считывания приводят к по-
нижению количества различимых градаций сигнала на выходе блока
памяти товых, поскольку в (3.10) для суммы необходимо брать вели-
чину эффективного значения, равную \f ^ф/ + ^U2T + 'цДр (*'ш.т и
Гш.др — приведенные к Усчтах величины тепловых и дробовых со-
ставляющих флуктуационных помех усилителя считывания). Аналогич-
но кривой kBm0lli'эф max на рие. 3.7 показаны зависимости knm0B ыхУэфтах
для нескольких параметров аш = У>ш тр + ;*ш др) ^ ^ (при аш=
= 0 кривые /поп и т0Вых совпада-
ют), по которым можно опреде-
лить выходные градационные ха-
рактеристики блока памяти. По
кривым вычисляются потери гра-
даций, обусловленные неравно-
мерностью сигнала по площа-
ди мишени. Если, например,
принять относительную неравно-
Рис. 3.7. Нормирование характери-
стики потенциально возможных гра-
даций сигнала трубки (т0п — кри-
вая / для аш=0) и блока памяти
(Wo вых)

мерность сигнала 20% и аш=6, то по кривой 1 рис. 3.7 для уровня
3"сч = 0,9 получим относительную потерю числа т0п, равную
/ 0,83 — 0,63 \
24% I =0,24). Кроме потерь информации неравномерность
\ 0,83 /
вызывает изменение уровней считанного сигнала по площади мишени
для одного и того же сигнала записи, что приводит к градационным
искажениям в устройствах отображения или ложному срабатыванию
пороговых устройств, включенных в канал считывания.
Нелинейность градационных характеристик обусловлена компонен-
той ГЭф, зависящей от относительного уровня сигнала считывания,
однако ее можно принять постоянной во всем диапазоне З'сч и рав-
ной эквивалентному значению Гэф.ср. Для прямых, обозначенных на
рис. 3.7 штрихпунктиром, Гэф.ср = 0,78ГЭфтах. При соизмеримых вели-
чинах структурных и флуктуационных помех усилителя считывания
сплошные и штрихпунктирные линии практически совпадают. Поэтому
в дальнейшем примем градационные характеристики линейными и рас-
считанными по ГЭф.ср=0,781/Эфтах. Количество градаций при этом
равно
0,9 f 0,9 топ
Кц1 эф max г 1 -р- 1,0^а ш
где Ч'с.п— отношение сигнал/структурная помеха в точке ее макси-
мального значения. Выражения (3.11) определяют предельные количе-
ства воспроизводимых градаций и относятся к начальному интервалу
времени считывания сигнала в ЗЭЛТ, когда можно пренебречь дина-
мическим изменением сигнала, фона и неравномерности сигнала. Учесть
влияние их изменения на градационные характеристики довольно труд-
но, поэтому часто используются результаты экспериментальных изме-
рений количества градаций. Запись при этом осуществляется от гене-
раторов ступенчатых напряжений или тестовых испытательных таблиц,
а количество градаций определяется по осциллографу (обычно как ма-
ксимальное количество отчетливо наблюдаемых на фоне помех линейно
изменяющихся уровней сигнала — тл) или телевизионному индикатору
(как максимальное количество наблюдаемых перепадов яркости — N{g).
Отметим, что поскольку глаз реагирует одинаково на соседние града-
ции яркости при логарифмическом законе их изменения, связь между
N\g и тл устанавливается известной зависимостью ^ig— ^с^2тл.
Так, например, при тл = 32 Mg=10 и этой величине соответствуют
количества полутонов, приведенные в табл. 1.1.
3.4. Информационная емкость и потери информации
Рассмотренные градационные характеристики относятся к сигналам
большой длительности, на которых не сказываются ограничения, обу-
словленные пространственной разрешающей способностью ЗЭЛТ. Умень-
6* 83

шение длительности входного сигнала или увеличение количества за-
писываемых элементов приводит к понижению отношения сигнал/шум
и, следовательно, уменьшению количества различимых градаций. Если
известна пространственно-частотная характеристика тВЫх№), где Q
изменяется от нуля до количества элементов разложения Afp, то ма-
ксимальная информационная емкость [38]
'ем = ) bg2 [тшх(Я) + 1] 4Q, (3.12)
о
где Nv определяется из условия твых(£1)^0.
При одинаковых ПЧХ по координатам х и у, линейных градацион-
ных характеристиках и выполнении условия (3.2) в усилителях входного
и выходного сигналов блока памяти для растровых разверток по запи-
си и считыванию
3,56Q
w и>гхй) = >"озых/\2~^) == /иовых ехр -— L (3.13)
/ 3,56Q \
\ Д72тв^+50 /
neQ = N2 ^ и AL = 2,8:V2 ch , en
тв^) р ' твЮ-\-Е0*
Для цифровой развертки по записи и растровой по считыванию
с учетом (2.45)
[ «о-.ых при 0<q<0'25^,tb^)_|_50==A^pi;
^вь-х^)=^ыхАГ2+^)-
9,2Q
тв£>+50
■ ехр
3,56Q
л/2
/v тв£>+50
при Q>Npl.
(3.14)
Выражения информационной емкости (3.12) для градаций, задан-
ных (3.13) и (3.14), и площади мишени ЗЭЛТ, размеры которой по
обеим координатам равны ее диаметру:
/pM = 2,8tf»
тв,
.£>+501о22
■N
aPsK
4м.ц = А^р1 log2(/??o;brx + 1) + (А; - Npl)log2m0,brx — Н(
aps
(3.15)
(3.16)
где
2,8iV2
тв£>+50
J ,og2
3,56Q
тв£>+50
+
84
1

aps
Nix
T
J ,og2
9,22 ( 3,562 \ ^
pi
Д/2 eXPi Д/2
^ тв0+5О V тв^+50
clq = Nn9N"
p2 rt/>5
— потери информации; Np2= 3>45Л^ТВ0+5О' a H"aPsN и ^"e/w
— удельные потери информации [38], соответствующие одному элементу
разложения.
В реальном случае максимальные информационные емкости всей
поверхности мишени отличаются от (3.15) и (3.16) наличием постоян-
ного множителя, равного я/4. Если растр вписан в мишень, множите-
лем является величина kxky (kx=kx3=kxc, ky = ky3=kyc на рис. 3.2).
Рассчитанные зависимости удельных потерь для конкретных вели-
чин товых и ^tb<g)_|_5Q показаны на рис. 3.8. Аргументом служит ко-
личество элементов разложения, а их величины, соответствующие ма-
ксимальной информационной емкости, отмечены знаком ®. По кривым
рис. 3.8 определяются удельные потери, с помощью которых вычис-
ляются максимальные информационные емкости блоков памяти для
растровой и цифровой разверток по записи и растровой по считыванию,
а также оцениваются потери,
вносимые блоком памяти при
разном количестве элементов
разложения.
Приведенные выражения
справедливы для входного
сигнала максимальной неопре-
деленности и позволяют срав-
нить ЗЭЛТ с другими носите-
лями информации, например
с фотопленкой, рентгеновским
экраном, цифровыми запоми-
нающими устройствами полу-
тоновой информации и др.
Рис. 3.8. Зависимость норми-
рованных потерь от количест-
ва элементов разложения при
растровой и цифровой (штри-
ховые линии) развертках
nil . ull
iiaps^ ? napsnux
бит/элемент
85

Наряду с указанными характеристиками при использовании бло-
ков преобразования на ЗЭЛТ в качестве внешней цифровой памяти
важно знать объем записанной информации, когда соблюдаются условия
раздельного считывания каждого записанного элемента. Учитывая, что
в данном случае необходимая дискретность записи выбирается из усло-
вия а количество элементов разложения вдвое меньше числа
телевизионных линий, получим для поверхности всей мишени
1z
/*ем.ц = 0^062 — ЛГ2тв0+5О1о£2Квых + 1) • (3.17)
Если требуется запоминание двухуровневого сигнала, возможно
дальнейшее уменьшение дискретности координатного поля записи. Ко-
эффициент модуляции выходного сигнала при этом уменьшается и
информационная емкость равна
Сц = 0,25^тв5)+у, (3.18)
где ^тв^)_|_у— количество телевизионных линий (измеренное по ПЧХ
К+) на уровне V, по которому срабатывает пороговое устройство в ка-
нале считывания.
Результаты вычислений информационной емкости для всей поверх-
ности мишени при некоторых значениях т0Вых и ^TB<g)_j_5g приведены
в табл. 3.1. Отметим, что выражения (3.16), (3.17) и (3.18) справедли-
вы также при цифровых развертках по считыванию.
Информационную емкость в режиме растрового считывания осцил-
лографической записи необходимо определять для двух вариантов на-
правлений сканирования. При сканировании по строкам в направлении
координаты у количество дискретных перемещений вдоль х для ЗЭЛТ
в режиме неразрушающего считывания определяется точностью отсчета
записанной осциллограммы. Чтобы исключить неопределенность, свя-
занную с количеством отсчетов по координате х, рассчитаем информа-
ционную емкость для одной строки [2]
/"eM.oc=log2#y, (3.19)
где Ny — количество отсчетных уровней (включая нулевой) по коорди-
нате у.
Величины NY зависят от углов наклона записанных осциллограмм
и минимальных уровней V. Максимальное значение NY для заданного
угла наклона будет при записи параллельных прямых линий, накло-
ненных под тем же углом, расположенных на одинаковых расстояниях
и обеспечивающих необходимый коэффициент модуляции выходного
сигнала. Если сравнить между собой спектры выходных сигналов при
86

со
§7

осциллографической записи прямой линии и растровой записи верти-
кальной линии в методе сжатого растра, видим их аналогию с точно-
стью до постоянного множителя Y\ + tg2 у в экспоненциальной зави-
симости, которая определяет ПЧХ ЗЭЛТ. Поэтому зависимость коэф-
фициента модуляции выходного сигнала для записанных под углом у
параллельных линий совпадает с ПЧХ К+(М+), если Мтвф заменить
HaKl+tga Y*VTB0. Следовательно, и = lj™&+Vky3±l и (3.19) при-
нимает вид
rWo^ioJkyf™W + \ (3.20)
На рис. 3.9 показано семейство кривых, построенных по (3.20) для
трубок с разрешением A^tb^_|_^q = 1000, 500, 100 (соответственно кри-
вые /, 2, 3) в зависимости от у при ^^3 = 0,8 и V = 0,75 (сплошные),
0,5 (штриховые) и 0,25 (штрихпунктирные линии). Информационная
емкость блоков памяти уменьшается для сигналов с более высокой кру-
тизной и стремится к нулю при у-^п/2.
Выбор величины V в каждом конкретном случае зависит от шу-
мов ЗЭЛТ и канала считывания, уровня сигнала и требуемой надежно-
сти срабатывания порогового устройства. С увеличением разрешающей
способности ЗЭЛТ или уменьшением уровня V кривые зависимости
/"ем.ос(у) проходят выше, что свидетельствует о повышении информа-
ционной емкости.
Для второго варианта растрового считывания (vyc=0, vXc = const)
кривые рис. 3.9 и формула (3.20) являются справедливыми для опре-
деления информационной емкости, поскольку спектр считанного сигнала
совпадает со спектром рассмотренного выше случая, если угол брать
как дополнительный к 90° и заменить
ги д ■ j обозначения координат. При этом ky3
необходимо заменить на kx3y а угол у —
на дополнительный к 90°. Поэтому уве-
личение угла наклона приводит к повы-
шению /"ем.ос, что полезно использо-
вать для считывания записанных осцил-
Рис. 3.9. Информационная емкость
строки считывания при осциллографиче-
ской записи сигнала:
'-^<0+6o=uxx); 2-tftb£j + 50= 500;
О 20° 40° 60° 80* з-МТъЮ + ы = ™

лограмм с углами наклона,, большими 45°. В устройствах, которые
обеспечивают возможность изменения направления сканирования на
90°, информационная емкость будет не ниже величины, соответствую-
щей углу 45° на рис. 3.9.
3.5. Амплитудные характеристики
Амплитудные характеристики ЗЭЛТ являются нелинейными, а ко-
эффициенты нелинейности зависят от используемых режимов записи и
считывания, выбора рабочих потенциалов в этих режимах, параметров
и типов разверток. Для заданных разверток они определяются ампли-
тудными характеристиками по записи [u3=Ja(«вх-f"о)] и считыванию
[^сч=фА(и3-|-ир)]. Каждой паре режимов записи и считывания прису-
щи свои сквозные амплитудные характеристики ^сч=-^а(«вх) = Фа[ир+
+/a("bx-)-Wo)]. Выбором рабочих точек в рабочем диапазоне ЗЭЛТ
можно получить амплитудную характеристику, близкую к линейной или
с заданным (в определенных пределах) коэффициентом нелинейности
Ya>1. Нелинейность амплитудной характеристики и возможность изме-
нения Уа удобно использовать для корректировки сквозных амплитуд-
ных характеристик устройств, содержащих блоки на ЗЭЛТ.
Амплитудные характеристики неразрушающего считывания совпа-
дают с управляющими характеристиками, если принять мд.м = «р-|-Из,
и представляют собой S-образные кривые.
При разрушающем считывании амплитудные характеристики нахо-
дятся по кривым рис. 1.9 для заданных величин эффективности комму-
тации луча считывания, глубины и3 и положения «р записанного по-
тенциального рельефа. В широком диапазоне Кс для ир^0 характери-
стика фА близка к линейной.
Для неравновесной записи по мишени ток луча записи постоянный
и характеристика /а зависит от положения рабочей точки и0 на вто-
рично-эмиссионной характеристике (см. рис. 1.6) и величины тока луча
записи. Что касается равновесной записи по катоду (или равновесной
записи медленными электронами по мишени), то она линейна и Wb^Wbx.
Нелинейность амплитудной характеристики fx при подаче сигнала
в цепь управляющего электрода (или катода для режима быстрых элек-
тронов) обусловлена нелинейностью модуляционной характеристики
электронного прожектора, поскольку в рабочем диапазоне ЗЭЛТ связь
между записанным потенциальным рельефом и током луча записи мож-
но принять линейной. Пример амплитудных характеристик по записи
для ЗЭЛТ типа ЛН-21 (кривые 1) и ЛН-22 (кривые 2) показаны на
рис. 3.10 для «озп^Ммод.в* «м.зпй=200 В при растровой развертке и
однократной (Л/к*=1) записи по каждой строке одинакового сигнала
или через одну строку (штриховые линии) для Т^ « 70 мкс, Nc ~
^=575, ^2,3=^0,6. По кривым рис. 3.10, полученным дли конкретных зна-
чений Nki и ми.зп, можно рассчитать (учитывая линейную зави-
89

симость и3 от Nk; (Уд— 1) амплитудные характеристики дли дру-
гих величин Nh, Ти им.зп при условии, что ky3i Nc, Иоз11 = Имод.з
остаются неизменными.
Протяженные пологие начальные участки характеристик целесо-
образно использовать в качестве рабочих при сопряжении с медленно
сканирующими датчиками или при необходимости большого количества
накоплений сигнала. Но они являются нежелательными при малом Nk
О 4 8 12 16 и6х)В
Рис. 3.10. Амплитудные характе-
ристики по записи при подаче
входного сигнала в цепь управля-
ющего электрода
О 1 2 5 4 Ufa*
Рис. 3.11. Сквозные амплитудные
характеристики ЗЭЛТ
в телевизионных стоп-кадровых устройствах вещательного или повы-
шенного стандарта разложения, и их исключают выбором рабочей
точки модулятора по постоянной составляющей (мо=Ыозп>Имод.з). При
данном режиме записи и неразрушающем считывании управляющая ха-
рактеристика вносит дополнительно нелинейность характера S-образной
кривой в нелинейность по записи, в результате чего сквозная характери-
стика Fa ограничена сверху, а вид начального участка зависит от Иозп
и uv. Пример сквозных амплитудных характеристик ЗЭЛТ типа ЛН-21
при различных ым.зп, #с«=575, &уз*=0,6, и0зп = Имод.з + 4 В, Ир»
я^Иотс показан на рис. 3.11. Уменьшение Им.зп приводит к увеличению
протяженности характеристик по входному сигналу и, следовательно,
к возможности расширения накопительных характеристик ЗЭЛТ.
Ограничение динамического диапазона сквозных амплитудных ха-
рактеристик обусловлено режимом неразрушающего считывания, и
управляющая характеристика является двусторонним ограничителем за-
писанного потенциального рельефа. Это позволяет наряду с обычным
преобразованием полутоновой информации расширить функциональные
возможности устройств, дополнив их режимом селективного считыьания
необходимых (наиболее информативных) полутонов записанной инфор-
90

мации, используя при этом работу ЗЭЛТ как селектора полутонов [39].
Осуществление такого режима возможно на этапе записи, когда выбо-
ром рабочей точки мозп и амплитуды входного сигнала наиболее инфор-
мативные полутоновые уровни записываются на рабочем участке управ-
ляющей характеристики и считывание происходит при постоянном
Им.сч- Анализируя выходной сигнал и повторно записывая его (после
стирания) при других Мозп, можно поэтапно пройти весь диапазон по-
лутоновых уровней входного сигнала по участкам, расширив таким
образом возможности устройств по количеству воспроизводимых (пе-
редаваемых) градаций.
Рис. 3.12. Селекция записанного сигнала по полутонам и динамиче-
ская управляющая характеристика
Более предпочтительным является режим селекции полутонов при
изменении потенциала им.сч. Он не требует повторной записи и прост
в управлении. Записанный потенциальный рельеф перекрывает при этом
несколько кривых семейства управляющих характеристик, и изменением
Им.сч можно поочередно или выборочно просмотреть по участкам на
выходе устройства отображения записанную полутоновую информацию.
Схематически селекция потенциального рельефа, записанного в виде
ступенек, показана на рис. 3.12. Исходный потенциальный рельеф
(показанный на рис. 3.12 сплошной ступенчатой линией) при вы-
боре В и «м.сч = 9 В преобразуется в выходной сигнал (сплош-
ная ступенчатая линия /—8 показана справа от управляющих харак-
О^мкА
91

теристик) со сжатием на выходе перепадов между /-м, 2-м 7-м, 8-м
уровнями. Если в режиме считывания уменьшить потенциал мишени на
1 В, записанный потенциальный рельеф сместится влево на 1 В (на
рис. 3.12 он показан пунктирной линией) и преобразуется в выходной
сигнал для ым.сч = 8 В с ограничением 0'—4'-го уровней. При увели-
чении потенциала мишени на 1 В потенциальный рельеф займет поло-
жение 0"—8" и относительно ым.сч=10 В преобразуется на выходе
в сигнал с ограниченными 4"—8"-м уровнями.
Использование статических управляющих характеристик (им.сч=
=const) для перехода от глубины записанного потенциального рельефа
к выходному сигналу допустимо, поскольку уменьшение потенциала
мишени (Лим.сч), вызванное протеканием тока сигнала считывания
через сопротивление нагрузки ЗЭЛТ, для реальных условий (например,
9,счтпох=0,4 МКА, Гн = 50 КОМ) Незначительно (АИм.сч==^счтазс/'н =
= 0,02 В), т. е. динамическая управляющая характеристика практиче-
ски совпадает со статической. Однако, если аппаратурно обеспечить
изменение им.сч в зависимости от выходного сигнала в пределах диа-
пазона семейства статических характеристик, динамическая характери-
стика будет существенно отличаться от статической, иметь меньшую
крутизну и более протяженный рабочий участок. Это в свою очередь
расширяет динамический диапазон сквозных амплитудных характери-
стик, уменьшает помехи и увеличивает количество градаций сигнала на
выходе ЗЭЛТ. Необходимое изменение потенциала мишени достигается
при подключении в цепь мишени в режиме считывания усилителя
обратной связи, который усиливает выходной сигнал ЗЭЛТ и обеспечи-
вает диапазон изменения ым.сч. Расчет коэффициента передачи усили-
теля, выбор рабочих потенциалов мишени и построение динамических
характеристик производится по семейству статических управляющих
характеристик. Если, например, на рис. 3.12 выбрать ыр =—10,5 В (точ-
ка Л), чему соответствует напряжение отсечки для им.сч=13 В (обо-
значим ее Мм.сча) и максимальное значение выходного сигнала на кри-
вой ам.сч = 6 В (в точке С обозначим им.счс и Усчс), то динамическая
управляющая характеристика будет проходить через точки Л и С, если
усилитель обратной связи обеспечит ггм.сч = 13 В при ^сч=0 и им.сч~
=6 В при ^сч=«^счс. Коэффициент передачи усилителя при этом
*УсчС - "м.счА _ 6-13 __0,п
rh'j счС
Потенциал мишени для промежуточных значений УСч равен мм.сч =
= «м.сча-{-^счГн/Сос, откуда находится величина выходного сигнала,
соответствующая пересечению динамической характеристики со статн-
ом гц — и,
м.счА
ческой характеристикой «м.сч: «7СЧ = ^ечС- Например
^м.счС ^м.счА
92

тточка пересечения статической характеристики нм.сч = 10 В (точка В
на рис. 3.12) находится по формуле Усч = — ——0,415^0,18 мкА.
о — 13
Отрицательная обратная связь по потенциалу мишени линеари-
зует динамическую управляющую характеристику, в результате чего
весь диапазон и3, расположенный на динамической характеристике,
передается практически без искажений (см. выходной сигнал Од —
8д). Диапазон управляющей характеристики по и3 равен примерно
10,5 В, т. е. более чем в 2 раза превышает диапазон статических
характеристик.
Расчет Кос и построение динамических характеристик не изме-
нится для случая, когда напряжение обратной связи подается в цепь
катода. Для примера, показанного на рис. 3.12, потенциал мишени
этри этом необходимо в режиме считывания поддерживать постоян-
ным и равным нм.сч=13 В, а потенциал катода должен изменяться
СОТ Нуля (ДЛЯ /сч = 0) ДО Мм.счА — «м.счС=+7 В (для /сч = 0,415 мкА).
Увеличение динамического диапазона по считыванию вследствие
.'уменьшения крутизны управляющих характеристик возможно при по-
/даче в цепь мишени или катода изменяющегося во времени сигнала
[40], частота которого достаточно высока и находится за полосой
частот сигнала считывания. Этот метод более сложен в аппаратур-
ной реализации, поскольку требует блоков формирования и детекти-
рования высокочастотных сигналов.
Нелинейность амплитудных характеристик по записи можно умень-
шить при использовании в усилителе входного сигнала отрицательной
обратной связи по току луча записи ЗЭЛТ.
Глава четвертая
УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ЗЭЛТ
На основе ЗЭЛТ с кремниевыми мишенями строятся устройства
второго, третьего и четвертого порядков.
К устройствам второго порядка относятся измерители интервалов
времени [41], в которых происходит глубинная запись стартового и
•стопового импульсов и изменение масштаба времени в режимах за-
писи и считывания за счет изменения (на несколько порядков) ско-
ростей записывающего и считывающего лучей, движущихся по одина-
ковым траекториям, и масштабно-временные преобразователи корот-
ких однократных сигналов [2, 4], в которых используется быстрая
юсциллографическая запись и замедленное растровое или цифровое
считывание.
Масштабно-временной преобразователь (МВП) на основе высо-
коскоростной ЗЭЛТ (см. § 1.4) является в настоящее время одним из
93

самых быстродействующих регистраторов импульсных электрических
сигналов [10, 41] и позволяет записывать сигналы со спектром, в
5 раз 'превышающим частоты, фиксируемые фотографическими мето-
дами с экранов ЭЛТ, и в 30 раз превышающим частоты, записывае-
мые на высокоскоростных ЗЭЛТ с переносом записанного сигнала с
полутоновой мишени на бистабильную, применяемых в современных
запоминающих осциллографах. В режиме считывания МВП может
работать при растровых телевизионных развертках (это позволяет
воспроизводить записанный сигнал на телевизионном индикаторе) и
цифровых развертках с выводом данных в цифровом виде, которые
в дальнейшем могут вводиться в ЭВМ. При цифровой развертке
электронный луч считывания перемещается дискретно по одной из
координат (например, по у), затем возвращается в исходное поло-
жение и смещается на элемент дискретности по второй координате
(х). Моменты совмещения по координате у сканирующего электрон-
ного луча и записанной в виде линии потенциального рельефа ос-
циллограммы фиксируются по выходному сигналу ЗЭЛТ. Его вре-
менное положение кодируется и в 9-разрядном коде выводится на
выход устройства. Время, необходимое для перемещения электрон-
ного луча по всему координатному полю (512x512 дискретных от-
счетов), составляет 65 мс. Введенные в ЭВМ закодированные в
цифровом виде отсчетные амплитудные значения записанной осцил-
лограммы используются для автоматизированной обработки и опре-
деления параметров входных импульсных сигналов, поступающих на
вход МВП. Для повышения точности обработки данных в ЭВМ до-
полнительно вводятся поправочные коэффициенты, корректирующие
погрешности, вызванные нелинейностью амплитудного и временного
трактов отклонения лучей ЗЭЛТ при записи и считывании.
Как правило, ЗЭЛТ универсальных преобразователей (см. § 1.2)
и двухлучевые ЗЭЛТ с сеточной мишенью (см. § 1.3) используются
в устройствах третьего и четвертого порядков при растровых и циф-
ровых развертках луча в режиме записи. Такие ЗЭЛТ являются ос-
новой различных устройств отображения информации при использо-
вании растровых телевизионных разверток считывающего луча.
Выходной электрический сигнал может воспроизводиться на черно-бе-
лых и цветных телевизионных индикаторах в виде плоских или объ-
емных изображений.
К устройствам третьего порядка относятся ЗУ ЭВМ, построенные
на основе ЗЭЛТ с диодной мишенью (см. § 1.5,а) и конденсаторной
мозаичной мишенью (см. § 1.5,6), в которых происходит запись двух-
уровневых сигналов при цифровых развертках по записи.
Ниже рассмотрены некоторые конкретные примеры устройств
третьего и четвертого порядков на ЗЭЛТ,

4.1. Универсальные преобразователи электрических сигналов
Применение универсальных преобразователей сигналов весьма
разнообразно. Наиболее типичными являются следующие случаи их
использования.
Запоминание телевизионных видеокадров. Преобразователь со-
вместно с телевизионными камерой и индикатором образует стоп-
кадровое устройство, позволяющее анализировать быстропротекаю-
щие явления, фиксировать отдельные состояния или фазы изменяю-
щихся процессов или положения движущихся объектов, делать
практически мгновенную «электронную фотографию», значительно умень-
шать дозу облучения при радиоскопии и т. д. Развертки электронно-
го луча ЗЭЛТ в режимах записи и считывания в таких устройст-
вах— растровые с одинаковыми параметрами разложения (вещатель-
ного стандарта).
Преобразование разверток. Входным сигналом может быть те-
левизионный сигнал, который после записи в преобразователе счи-
тывается при медленных развертках, необходимых, например, для пе-
редачи телевизионных сигналов по узкополосным линиям связи, вво-
да изображений в ЭВМ, согласования с медленно действующими ис-
полнительными устройствами. При медленных развертках по записи
и вещательных телевизионных развертках по считыванию преобра-
зователь позволяет реализовать устройства отображения сигналов,
принимаемых по узкополосной линии связи, формируемых на выхо-
де механических сканирующих датчиков, сигналов, выводимых из ЭВМ
при низкой скорости обновления, радиолокационных, ультразвуковых
и других датчиков.
Выделение полезных сигналов из флуктуационных помех. Обра-
ботка изображений. Обработка заключается в вычитании изображе-
ний (например, для уменьшения полосы пропускания системы переда-
чи сигналов, оконтуривания изображений, выделения динамических
изображений и т. д.), наложении нескольких изображений, масшта-
бировании, т. е. использовании электронной лупы, с помощью кото-
рой необходимый участок изображения просматривается в увеличен-
ном масштабе, и др.
Структура и работа преобразователя. ЗЭЛТ в преобразователях
работают в режиме неразрушающего считывания, а выбор режима
записи зависит от параметров разверток. Возможен переход (при за-
мене усилителя записи) от неравновесной записи по управляющему
электроду к равновесной записи по катоду или к неравновесной за-
писи по мишени при увеличении времени записи строки. Струк-
турная схема преобразователя, в котором сигнал записи поступает
В цепь управляющего электрода, показана на рис. 4.1. Перевод его
в режим стирания, записи и считывания происходит при одновремен-
ной коммутации потенциалов (см. 'потенциальные диаграммы рис. 1.4,
95

рис. 1.7) мишени, управляющего электрода и стирающего электрода
ЗЭЛТ, а также коммутации сигналов отклонения электронного луча.
Источник питания обеспечивает стабилизированными токами фоку-
сирующую и корректирующие катушки ФОС и коммутацию потенциа-
ла второго анода (в некоторых преобразователях) на несколько де-
сятков вольт при переходе из режима считывания в режим записи.
Коммутация потенциала второго анода и замешивание в его цепь
напряжений динамической фокусировки позволяет повысить разре-
Выходной сигнал
Входной
Сигнапы отклонения
Рис. 4.1. Структурная схема универсального преобразователя электри-
ческих сигналов:
/ — фокусирующе-отклоняющая система; 2— ЗЭЛТ; 3 — усилитель записи; 4 —
предварительный усилитель; 5 — видеоусилитель; 5—коммутатор по модулятору;
7 — источник питания ЗЭЛТ; # —усилитель отклонения; 9— коммутатор по ми-
шени; /0 — синхронизатор; // — блок управления; 12 — коммутатор сигналов от-
клонения; 13 — генераторы пилообразных напряжений
шающую способность ЗЭЛТ. Напряжения динамической фокусировки
являются квадратичными функциями в зависимости от расстояния
между центром мишени и перемещающимся по мишени электронным
лучом. Команды управления коммутаторами вырабатываются в бло-
ке управления 11, который может работать в местном, дистанцион-
ном и смешанных режимах.
При местном режиме работы преобразователя электронный луч
при стирании, записи и считывания сканирует по поверхности мйшег
ни ЗЭЛТ растровым методом с вещательными телевизионными пара=
Метрами. Пилообразные напряжения отклонения iio строкам (отклО1
ненйе по «А») и кадрам (отклонение по «К») формируются В генера*
торах Пйл 13 и через коммутаторы сигналов отклонения 12 поступают*
На соответствующие входы усилителей отклонения 8 по «Ж* и «К»;
Усилители отклонения преобразуют входные сигналы в токи откло5
96

няющих катушек по «X» и «У», Параметры отклоняющих катушек и
усилители отклонения по обеим координатам одинаковы. Быстродей-
ствие каналов отклонения определяется минимальным временем от-
клонения луча на величину, равную диаметру мишени, и составляет
7—10 мкс. Уменьшением амплитуды пилообразных напряжений на
входе усилителей отклонения и добавлением к ним необходимых по-
стоянных составляющих можно выборочно сканировать электронным
лучом любой участок мишени. Это позволяет производить селектив-
ное считывание или стирание записанных на мишени ЗЭЛТ сигналов
или селективно записывать входной сигнал на необходимых участках
мишени. Синхронизация генераторов пил происходит строчными и
кадровыми синхроимпульсами, формируемыми синхронизатором 10.
Синхронизатор вырабатывает также импульсы, необходимые для фор-
мирования выходного телевизионного сигнала, синхронизации работы
блока управления и запирания луча ЗЭЛТ во время обратного хода
разверток, и выходные синхронизирующие импульсы строк (ССИ) и
кадров (КСИ), которые можно использовать для синхронизации те-
левизионных индикаторов и передающих камер. Сигнал считывания
ЗЭЛТ после усиления в предварительном усилителе 4 поступает на
видеоусилитель 5 и выход преобразователя. Синхронизация работы
блока управления происходит кадровыми синхроимпульсами. Они ис-
пользуются для формирования необходимого количества кадров за-
писи и стирания и привязки начала коммутации режимов ЗЭЛТ к
началу прямого хода кадровых разверток электронного луча. Исход-
ным режимом работы преобразователя является режим считывания,
а перевод его в режим стирания и записи может происходить или
автоматически с блока управления, или от внешней команды. В ав-
томатическом режиме преобразователь последовательно переводится
в режимы стирание — запись — считывание по одной команде. Он
работает в автономном режиме синхронизации или в ведомом, при
котором происходит привязка синхронизатора к импульсам, посту-
пающим от внешних устройств или выделенных в усилителе записи
3 из входного телевизионного сигнала. Входной телевизионный сиг-
нал усиливается до необходимой величины в усилителе записи. За-
пирание электронного луча ЗЭЛТ во время обратного хода разверток
для всех режимов происходит к помощью коммутатора по модулято-
ру 5, на вход которого из синхронизатора поступают импульсы га-
шения.
При дистанционном режиме работы преобразователя отклонений
Электронного луча ЗЭЛТ происходит от внешних сигналов, подавае*
мых на вход коммутатора сигналов отклонения 12 (отклонение
«У»). Команды режимов ЗЭЛТ и импульсы гашения поступают на
Вход блока управления от внешних устройств.
Преобразователи могут работать в смешанных ре>кимах} когда»
например, запись происходит при подключении внешних напряжений
7—1? 9f

Отклонений, а стирание я считывание — при подключении внутренних
генераторов пилообразных напряжений. Аналогично при стирании и
считывании можно отклонять луч ЗЭЛТ внешним сигналами. Возмо-
жен режим, когда только при стирании подключаются внутренние ге-
нераторы пилообразных напряжений, а при записи и считывании —
внешние отклоняющие напряжения. Режим хранения записанного сиг-
нала осуществляется в преобразователе запиранием электронного
луча или выключением ЗЭЛТ.
Телевизионные устройства. Поскольку входной сигнал преобразо-
вателя является электрическим, область его применения определяет-
ся рабочим диапазоном телевизионных датчиков, которые перекрывают
диапазон инфракрасных, видимых, ультрафиолетовых и рентгеновских
излучений. При расчете конкретных устройств предварительный выбор
типа ЗЭЛТ, используемых в преобразователе, и необходимого коли-
чества преобразователей удобно производить по информационной ем-
кости. Уточненный расчет информационной емкости и других качест-
венных параметров устройства производится по суммарным ПЧХ,
полученным из соответствующих характеристик узлов и блоков уст-
ройства.
Особенностью построения ПЧХ рентгенотелевизионных устройств
дефектоскопии и диагностики является то, что обычно рабочее поле
рентгеновских преобразователей наблюдается в виде круга, диаметр
которого меньше размера строк на видеоконтрольном устройстве. По-
этому, если в преобразователе на этапе записи и считывания не про-
исходит изменения масштаба, построение К „с необходимо проводить
с учетом того, что для усилителей записи и считывания при переводе
временных частотных характеристик в пространственные Т^ меньше
времени прямого хода разверток. В таких устройствах ЗЭЛТ может
применяться с полным использованием площади мишени и тогда К^
следует брать в единицах ^. Суммарные ПЧХ и ПЧХ отдельных
блоков в некоторых случаях целесообразно приводить к количеству
телевизионных линий на диаметр рабочего поля воспроизводимого
изображения или рентгеновского преобразователя, а также к плот-
ности линий преобразователя. Их пересчет производится по коэффи-
циенту увеличения устройства.
Сквозные ПЧХ универсальных преобразователей, построенных на
ЗЭЛТ диаметром 38 мм и более, практически не влияют на сквоз-
ные ПЧХ стоп-кадровых устройств, работающих в вещательном те-
левизионном стандарте при вписанном в мишень растре. Преобразо-
ватели передают полную шкалу градаций яркости сигналов, приня-
тую в вещательном телевидении.
Одновременное считывание селективно записанных на различных
участках мишени изображений, образующих стереопару, позволяет
формировать и наблюдать объемные изображения, а запись последо-
98

зательности субкадров позволяет реализовать устройства просмотра
изображений, полученных с непрерывно движущихся объектов [42].
Многократное накопление статистических телевизионных изобра-
жений в преобразователе позволяет значительно улучшить исходное
отношение сигнал/шум. Максимальное количество телевизионных
кадров накопления определяется выбором режимов ЗЭЛТ и может
достигать величин, исчисляемых десятками тысяч.
ЗЭЛТ универсальных преобразователей имеют возможность не-
посредственного вычитания сигналов на диэлектрике мишени путем
их последовательной записи в режимах быстрых и медленных элект-
ронов, при которых формируются потенциальные рельефы различной
полярности. В большинстве случаев ЗЭЛТ используется для запоми-
нания исходного изображения в необходимый момент времени и его
вычитания из текущего изображения в канале формирования видео-
сигнала. Существенное значение при вычитании телевизионных изобра-
жений имеет геометрическая точность совмещения растров записи и
считывания, которая зависит от режимов ЗЭЛТ [43]. Поскольку в
режимах записи и считывания используются одни и те же генерато-
ры отклоняющих сигналов, усилители отклонения и ФОС, несовме-
щение растров, имеющее в общем случае характер нецентрального
поворота, обусловлено различием траекторий электронного луча
вследствие различных величин потенциалов мишени при записи и
считывании. Использование в преобразователе узлов совмещения
растров позволяет достичь геометрической точности вычитания в пре-
делах элемента разложения и менее по площади мишени ЗЭЛТ. Вы-
читание телевизионных изображений эффективно используется в
устройствах отбраковки изделий по геометрии и их предельным до-
пускам, по выявленным 'посторонним включениям и т. д. [17].
Перспективными являются телевизионные устройства, использую-
щие высокоточные голографические методы измерения, в которых
преобразователь на ЗЭЛТ является звеном оперативного формиро-
вания разностных интерферограмм.
Применение универсального преобразователя сигналов в медицин-
ских рентгенотелевизионных диагностических устройствах позволяет су-
щественно снизить лучевую рентгеновскую нагрузку на больного и меди-
цинский персонал, улучшить условия наблюдения рентгеновских изобра-
жений, получить статические изображения любой фазы подвижного орга-
на, осуществить выбор объекта и установочного положения больного с
целью дальнейшей рентгеновской кино- или фотосъемки и т. д. [44]. Рент-
геновские аппараты при этом работают в импульсном режиме и сформи-
рованные рентгенотелевизионные изображения записываются на протя-
жении одного или нескольких кадров в универсальном преобразователе.
После записи преобразователь переводится в режим считывания и его
выходной сигнал воспроизводится на видеоконтрольном устройстве. Сра-
зу после рентгеновского импульса можно производить анализ рентгенов-
7* 99

ского изображения, которое при необходимости может непрерывно вос-
производиться на протяжении единиц и десятков минут.
Пример рентгенодиагностического комплекса показан на рис. 4.2. Он
состоит из рентгеновского аппарата 2, усилителя рентгеновского изобра-
жения, в который входит рентгенооптический преобразователь с оптикой
переноса 3, телевизионная камера 4, канал обработки сигнала 5 и видео-
контрольное устройство 6, кинокамеры 9, кассетниц для фотопленок У,
пульта управления 10, универсального преобразователя 7 и видеокоч-
Усипитепь рентгеновского изображения
10
Рис. 4.2. Структурная схема
диагностического комплекса
рентгенотелевизионного
трольного устройства 8. Объект исследования располагается перед экра-
ном рентгенооптического преобразователя и просвечивается рентгенов-
скими лучами. Рентгенотелевизионные изображения записываются в уни-
версальном преобразователе 7 и воспроизводятся в режиме считывания
на видеоконтрольном устройстве 8. Рентгеновские изображения могут
записываться на всю мишень ЗЭЛТ или на ее части, как показано на
рис. 4.3. Четыре рентгеновских изображения селективно записаны в бло-
ке памяти в различные моменты времени при ангиографии нижней ко-
нечности. Верхний правый субкадр записан непосредственно перед вво-
дом контрастирующего вещества, а три последующие показывают про-
хождение контрастирующего вещества по кровеносным сосудам на раз-
ных участках. По количеству используемых мерностей мишени ЗЭЛТ
диагностический комплекс относится к устройствам третьего порядка,
если записываются изображения на всю мишень, или четвертого порядка
для изображений, показанных на рис. 4.3. Запись рентгеновских изобра-
жений в виде субкадров и их одновременное считывание позволяет
сравнить их непосредственно во время проведения хирургических опера-
ций, когда необходим промежуточный контроль, или наблюдать рентге-
новские изображения одного и того же органа при различных положени-
ях рентгеновского излучателя относительно больного и т? д.
100

Универсальные преобразователи получили применение в рентгеноте-
левизионных установках для контроля багажа и ручной клади авиапас-
сажиров [17]. В установке используются импульсный рентгеновский ап-
парат (длительность импульса — десятки наносекунд), рентгенооптиче-
ский преобразователь и телевизионная камера, с которой сигнал записы-
вается в ЗЭЛТ. Рентгеновская доза при контроле настолько низка, что
засвечивание кино- и фотопленок не происходит.
Рис. 4.3. Одновременное воспроиз-
ведение четырех рентгенотелевизион-
ных изображений, записанных в
ЗЭЛТ на разных участках мишени
Рис. 4.4. Синтезатор рентгеновских
томограмм
Томограмма.
K*J2 Видео^
|-cx\j сигнал'
1
5
ЩЩонение
ЭВМ
ЗЭЛТ универсальных преобразователей сигналов эффективно ис-
пользуются в синтезаторе рентгеновских томограмм [45], структурная
схема которого показана на рис. 4.4. Обычная аппаратура синтеризования
томограмм требует 10—20 рентгеновских изображений, снятых при раз-
личных положениях источника рентгеновского излучения относительно
101

объекта. Время обработки результатов для одной томограммы 30—
60 мин, в то время как формирование томограмм в устройстве, приве-
денном на рис. 4.4, происходит за 2 с.
Формирование первоначальных рентгенотелевизионных изображений
происходит с помощью импульсного рентгеновского источника /, усили-
теля рентгеновского изображения 2 и телевизионной камеры 3, которые
перемещаются относительно объекта. Последовательность рентгеновских
изображений при движении источника рентгеновского излучения 1 за-
писывается в видеодиске 4 (К\ в положении /), а соответствующие им
координаты положения камеры 3, вырабатываемые датчиком координат
9, запоминаются в блоке памяти координат положения 8, Формирование
томограммы происходит на мишени ЗЭЛТ в блоке памяти 5 путем по-
следовательного наложения рентгенотелевизионных изображений, зафик-
сированных в видеодиске 4 (К2 в положении 1). При этом ЗЭЛТ пере-
водится в режим записи, а электронный луч, сканирующий мишень теле-
визионным растром, дополнительно смещается отклоняющими напряже-
ниями, поступающими из мини-ЭВМ и преобразующимися в аналоговую
форму в цифро-аналоговом преобразователе 7. Отклоняющие сигналы
определяются записываемыми в ЗЭЛТ кадром изображения и положени-
ем томографического слоя, который синтезируется. Синтезированную то-
мограмму перезаписывают на видеодиск 4 (Ki в положении 2) и выво-
дят впоследствии на телевизионный индикатор 6 (К2 в положении 2).
Управление работой блоков устройства происходит по программе из ми-
ни-ЭВМ.
Построение цветных телевизионных устройств отображения зависит
от структуры используемых датчиков сигналов, которые могут быть на
основе одной, двух или трех передающих трубок. Каждому из основных
цветов (красному, синему, зеленому) может соответствовать отдельный
блок памяти на ЗЭЛТ, синхронное считывание в которых позволяет вос-
производить записанное изображение на выходе цветного видеоконтроль-
ного устройства. Яркостная составляющая по каждому из основных цве-
тов определяется амплитудой считываемого сигнала на выходе соответ-
ствующего блока памяти.
Цветное запоминающее устройство отображения может быть реали-
зовано на двух ЗЭЛТ [46], при этом яркостные составляющие основных
цветов записываются в одной ЗЭЛТ, а разностные сигналы (красный —
яркость и синий — яркость) — во второй трубке на различных участках
мишени. В режиме считывания временной сдвиг разностных сигналов,
обусловленный их записью на различных участках, устраняется с помо-
щью задержки на время, равное длительности строчной развертки.
Возможно использование блока памяти на одной ЗЭЛТ, в котором
сигналы, соответствующие основным цветам, записываются на различ-
ных участках мишени, а при считывании происходит синхронная комму-
тация сигналов отклонения луча ЗЭЛТ и каналов цвета (красного, сине-
го, зеленого).
102

Устройства визуализации сигналов на выходе малокадровых и мга-
ленносканирующих датчиков. Широкий диапазон скоростей сканирова-
ния мишени записывающим лучом позволяет эффективно использовать
универсальные преобразователи в устройствах малокадрового телевиде-
ния, электронной микроскопии и визуализации изображений спектрозо-
нальных микроскопов с бегущим лучом, инфракрасного, лазерного, ядер-
ного и рентгеновского сканирования и т. д. Перспективным является их
использование в телевизионных устройствах радиолокационных и сонар-
ных систем, а также в устройствах ультразвуковой дефектоскопии и диа-
гностики.
В медицинской диагностике преобразователи позволяют создать ряд
оригинальных устройств визуальных ультразвуковых изображений, ис-
пользующих известные методы теневой и эхолокации. Возможность вос-
произведения при этом плутоновых ультразвуковых изображений значи-
тельно расширяет области применения данного диагностического метода
[17] и повышает его достоверность. В таких устройствах наряду с вы-
полнением функции преобразователя разверток ЗЭЛТ служит для фор-
мирования кадра изображения и улучшения его качества путем много-
кратного накопления сигнала в режиме записи.
В зависимости от типа датчика и метода сканирования возможно
формирование различных ультразвуковых изображений. При сопряже-
нии, например, универсального преобразователя с одиночным датчиком,
который установлен в заданном направлении, подаче эхосигнала на уси-
литель записи и отклонении электронного луча ЗЭЛТ растровым мето-
дом на мишени ЗЭЛТ записывается потенциальный рельеф, соответству-
ющий эхосигналу в различные моменты времени. Расстояние по строкам
записанного кадра соответствует глубине проникновения ультразвука.
При выводе информации в режиме считывания на видеоконтрольное
устройство получим изображение, по которому видно изменение во вре-
мени ультразвукового сигнала в заданном направлении зондирования.
Если с кадровой разверткой преобразователя связать перемещение оди-
ночного датчика, получим ультразвуковое изображение в координатах
глубины зондирования — направление перемещения датчика, т. е. фрон-
тальное эхоскопическое сечение исследуемого объекта в направлении
перемещения датчика.
В устройствах с ручным сканированием одиночный ультразвуковой
датчик может перемещаться по поверхности обследуемого объекта или
совершать угловое сканирование. Сигналы отклонения преобразователя
По «X» и «У» содержат в этом случае линейно изменяющиеся напряже*
ния, соответствующие глубине зондирования, й напряжения, соответст-
вующие ортогональным проекциям траектории движения датчика. Ульт-
развуковые изображения на выходе соответствуют фронтальным сече-
ниям в плоскости сканирования датчика.
При линейном сканировании одиночным Датчиком некоторой площа-
ди и записи в ЗЭЛТ эхосигнала с заданной глубины зондирования (глу-
103

бина устанавливается временной селекцией эхосигнала) возможно фор-
мирование поперечных сечений, соответствующих ультразвуковым изо-
бражениям плоскости объекта, расположенной перпендикулярно направ-
лению распространения ультразвука. Напряжения отклонения по «Я» и
«У» на входе преобразователя в режиме записи являются линейно изме-
няющимися и синхронными с механическими перемещениями датчика по
двум координатам.
Использование в ультразвуковых устройствах вместо одиночного
датчика линейки датчиков позволяет осуществлять ультразвуковое ска-
нирование вдоль одной из координат путем электрической коммутации
датчиков и повышения таким образом скорости сканирования и записи
сигнала в преобразователе. Длительное время записи сигнала в ЗЭЛТ
при медленном механическом сканировании датчика не позволяет сле-
дить за процессом формирования ультразвукового изображения и опера-
тивно выбирать необходимые участки сканирования. Это связано с тем,
что процессы записи и считывания сигнала в однолучевых ЗЭЛТ разне-
сены во времени. В ряде случаев возможно устранение указанных недо-
статков за счет организации последовательности смены режимов работы
ЗЭЛТ [47], которая происходит через одну или несколько строк ска-
нируемого луча считывания.
Примером использования универсальных преобразователей в микро-
скопии служит устройство отображения растрового электронного микро-
скопа [48]. На мишени ЗЭЛТ записываются в виде субкадров сигналы
на выходе просвечивающего растрового микроскопа, поступающие от
датчиков, регистрирующих неупругое рассеяние и рассеяние электронов
на большие углы. Частота строчной развертки микроскопа равна частоте
кадровой развертки считывания преобразователя и засинхронизирована
с ней. На протяжении прямого хода кадровой развертки считывания
происходит воспроизведение сигнала на телевизионном индикаторе и за-
поминание в промежуточном цифровом блоке аналоговых сигналов (пос-
ле преобразования их в цифровую форму), поступающих в это время из
микроскопа. Перепись сигнала из цифрового блока в ЗЭЛТ происходит
во время обратного хода кадровой развертки считывания. Во время об-
ратного хода происходит перевод ЗЭЛТ вначале в режим стирания, а
впоследствие в режим записи. За это время происходит запись одной но-
вой строки растра записи и стирание строки растра, записанной в пред*
шествующем кадре записи. Индикатор позволяет наблюдать изображу
ние на выходе растрового микроскопа в процессе его формирования.
4*2. Устройства отображения информации» выводимой из ЭВМ
Применение блоков памяти на основе ЗЭЛТ в качестве промежу*
точных буферов для записи} преобразования* хранения и регенераций
информации, поступающей из ЭВМ, позволяет создать дешёвые опе-
ративные оконечные терминальные устройства (18, 49, 50] пассивного
и активного тИпа, которые используются в автоматизированных си5
104

стемах обработки информации. Запоминающие трубки типа сигнал-
сигнал с неразрушающим считыванием являются наиболее гибкими с
точки зрения создания на их основе многофункциональных устройств
для дальнейшей обработки считанного сигнала и стыковки с различ-
ными приемными блоками. Кроме того, ЗЭЛТ дают возмож-
ность представления информации в цвете. Цветовое кодирование ин-
формации улучшает условия наблюдения и повышает оперативность
системы за счет присвоения наиболее важной информации определен*
ного цвета. Каждому из основных цветов воспроизводимой инфор-
мации может соответствовать отдельный блок памяти, амплитуда
считанного сигнала или координатное положение на мишени ЗЭЛТ
[51]. Разделение входной информации по трем цветовым каналам про-
исходит в дешифраторе код — цвет по записи, а выходной (при ис-
пользовании одного блока памяти) — в амплитудных или временных
дискриминаторах канала считывания.
Блоки памяти на основе ЗЭЛТ универсальных преобразователей
сигналов, а также сами преобразователи получили применение в ви-
деотерминалах ЭВМ, включенных в различные автоматизированные
системы.
Структурная схема устройства, предназначенного для отображе-
ния алфавитно-цифровой и графической информации, выводимой из
ЭВМ, ввода информации в ЭВМ и ее редактирования, показана на
рис. 4.5 [50].
Устройство отображения информации (УОИ) может непосред-
ственно подключаться к ЭВМ / или работать по телефонным (через
блок сопряжения 3 и модем 4) и телеграфным каналам связи. Связь
с ЭВМ через каналы связи осуществляется с помощью блока сопря-
жения с каналами связи 5. Аппаратура передачи данных 18 и 19
подключается к блоку сопряжения 5 и обеспечивает работу уст-
ройства по линиям связи.
В режиме вывода из ЭВМ шифр запрашиваемой информации на-
бирается с клавишной панели 16 и через блок цифровой логики 6
поступает в ЭВМ, а для контроля высвечивается на экране видеокон-
трольного устройства 15. Клавишная панель содержит набор цифр и
букв, математические знаки, клавиши управления работой УОИ, бло-
ка маркера 14, блока селективного стирания 13 и буферного запоми-
нающего устройства 10. Кроме вывода информации по запросу в
устройстве существует дежурный режим, в котором выводится инфор-
мация, полученная в результате вычислений, или аварийная инфор-
мация.
Информация, принятая от ЭВМ блоком цифровой логики 6, рас-
пределяется между знакогенератором-интерполятором 7, амплитудным
преобразователем 8 и блоком управления лучом 9. Знакогенератор-
интерполятор работает в режиме построения символов, интерполятора
или режиме прямого транслирования поступившего слова в зависи-

мости от принятого управляющего кода. С выхода знакогенератора
коды поступают в блок управления лучом 9, который формирует на-
пряжение отклонения луча записи ЗЭЛТ и импульсы отпирания луча,
поступающие на вход амплитудного преобразователя. В зависимости
от управляющего кода можно изменять размеры символов, формируе-
мых знакогенератором, и получать на выходе амплитудного преобра-
зователя разные значения амплитуды импульсов, управляющих интен-
сивностью луча записи.
1*П
! |! кэвм
\уои
Телефонный
' ЕНШЧ
Телеграфный \ f Л
Телефонный ■ ■
13
Ф—11Шс
II
14
10
Чр
//Н
/5
Рис. 4.5. Структурная схема устройства отображения информации,
выводимой из ЭВМ
Буферное запоминающее устройство предназначено для запомина-
ния информации, однократно выданной ЭВМ, преобразования ее в
телевизионный видеосигнал и сопряжения с устройством документи-
рования 17. Буферное устройство выполнено на ЗЭЛТ. В режиме за-
писи входы усилителей отклонения луча ЗЭЛТ подключены к выходу
блока 9, а видеоимпульсы с амплитудного преобразователя 8 посту-
пают на вход усилителя записи, в результате чего на мишени ЗЭЛТ
записывается потенциальный рельеф, соответствующий выводимой из
ЭВМ информации. В режиме считывания формируются пилообразные
напряжения отклонения вещательного телевизионного стандарта по
кадру и строке. Считанный видеосигнал усиливается и формируется в
телевизионный видеосигнал, поступающий на вход видеоконтрольного
устройства 15 и передатчика 11, к которому подключены вещательные
телевизионные приемники 12.
В режиме документирования входы усилителей отклонения под-
ключены к генераторам сигналов отклонения, синхронизируемых
устройством документирования 17, а сигнал считывания ЗЭЛТ после
усиления и формирования выводится на 17. Наряду с этим возможно
фотографирование с экрана видеоконтрольного устройства.
106

Редактирование выведенной или вводимой информации выполня-
ется с помощью мерцающего маркера, который выставляется опера-
тором под редактируемым символом или строкой. Управление движе-
нием маркера по экрану индикатора осуществляется с клавишной па-
нели J6 через блок маркера 14, который вырабатывает коды координат
знака, редактируемого в памяти ЭВМ, формирует импульсы марке-
ра и привязанные к ним пачки импульсов селективного стирания, по-
ступающих на вход блока селективного стирания 13. На выходе 13
формируются пачки импульсов, длительность и временное положение
которых соответствуют прохождению луча считывания ЗЭЛТ через
участки мишени, которые необходимо селективно стереть. В дальней-
шем на селективно стертые участки записывается отредактированная
информация. Переключение каналов связи происходит в коммута-
торе 2.
В устройствах на однолучевых ЗЭЛТ возможна работа с ЭВМ в
реальном масштабе времени, если запись информации производить во
время обратного хода разверток луча считывания. Это требует синх-
ронизации вывода информации из ЭВМ или применения небольшой
по информационной емкости промежуточной цифровой памяти между
ЭВМ и ЗЭЛТ.
В автоматизированных системах проектирования эффективно
использование видеотерминалов на ЗЭЛТ, позволяющих вести проек-
тирование и представление его результатов в традиционной форме с
помощью трех проекций (вид сверху, слева, справа), записанных на
различных участках мишени, или в аксонометрических проекциях, ко-
торые дают объемное представление выводимой информации =[52].
4.3. Электронно-лучевые запоминающие устройства ЭВМ
Данные ЗУ содержат набор однотипных модулей памяти, выпол-
ненных на основе ЗЭЛТ со сплошной диодной мишенью или конденса-
торной мозаичной мишенью, блоки обмена информации между ЗУ и
ЭВМ и блоки распределения информации между модулями памяти при
записи и считывании.
Структурная схема модуля на ЗЭЛТ с конденсаторной мозаикой
показана на рис. 4.6 [11]. Он состоит из блока управления памятью /,
блоков сопряжения и управления трубкой, ЗЭЛТ 18 и источника пи-
тания трубки 19.
С помощью микропрограммы блок управления / обеспечивает со-
ответствующие узлы входными цифровыми данными, информацией об
адресации входных данных, командами управления работой модуля и
режимами ЗЭЛТ и производит сравнение записанных в ЗЭЛТ и вход-
ных данных. Цикл работы блока управления / определяется синхро-
низатором 2 блока сопряжения. Информативные слова, поступающие
из 1 на логику адресации 3, перекодируются в пары слов, соответст-
вующие координатам х и у, преобразуются в цифро-аналоговых прег
образователях 10 и 11 в аналоговую форму и поступают на усилители
107

отклонения 12 и 13. Выходы усилителей подключены к электростати-
ческой отклоняющей системе, в которой происходит отклонение элек-
тронного луча в необходимую координатную точку на мишени ЗЭЛТ.
Коммутатор режимов (запись—считывание) 4 коммутирует вели-
чины потенциала мишени с помощью коммутатора 8 и тока электрон-
ного луча с помощью коммутатора 7. Потенциал мишени в режиме
считывания и записи логического нуля равен 50 В, а с поступлением
-4-
Блок
сопряжения
5
\~Блок
I управления
• ЗЭЛТ
10
11
12
13
IF
15
16
1/
Электрон-
ный
прожектор
III
—. Секция
\счить№ани
EEZ] \Мищень5^
Дефлектор^ ~|"~
19
18
Рис. 4.6. Структурная схема модуля ЗУ
из / в блок входных цифровых данных 5 логической единицы комму-
тируется с помощью формирователя импульсов мишени 15 до 0 В.
Электронный луч ЗЭЛТ в режиме хранения информации и во всех пе-
реходных процессах заперт и отпирается кратковременно до необхо-
димого уровня с помощью формирователя импульсов пушки 14 в ре-
жимах записи и считывания. В режиме считывания выходной сигнал
поступает на усилитель считывания 17 и далее на компаратор 16.
Преобразованный в компараторе 16 в двоичную форму, сигнал запо-
минается в буфере выходных данных 9, из которого по команде с се-
лектора 6 выводится в блок управления памятью /. В блоке сопряже-
ния все сигналы имеют цифровую форму, а их преобразование в ана-
логовую происходит в блоке управления трубкой.
На модулях памяти данного типа возможно построение ЗУ с ин-
формационной емкостью 16 Мбит при скорости считывания 16 Мбит/с
и скорости записи 1 Мбит/с. Более совершенные ЗЭЛТ могут обеспечить
на 16 модулях памяти ЗУ информационную емкость 64 Мбит и ско-
рость считывания (при параллельном выводе информации) 160 Мбит/с.
Структурная схема многомодульного ЗУ, выполненного на основе
108

ЗЭЛТ со сплошной диодной мишенью, показана на рис. 4.7 [11]. Мо-
дуль памяти использует ЗЭЛТ с информационной емкостью 32 Мбит,
в которой каждая линза делится на 138 448-битную страницу в пло-
скости мишени. Первая ступень отклонения электронным лучом
управляется селектором линз 9, а вторая — селектором страницы 8.
Входы селекторов связаны с ЭВМ через адресные регистры 2 и 3,
причем старшие разряды адресных слов подключаются к селектору
линз 9. Команды выбора модуля и управления режимами ЗУ происхо-
Рис. 4.7. Структурная схема ЗУ ЭВМ:
/ — регистр данных; 2, 3 — регистры адресов; 4 — регистр управления; 5 — блок
управления; 6, 7, 20 — коммутаторы; 8 — селектор страницы; 9 — селектор линз;
10, 11, 12 — усилители записи; 13, 14, /5 —усилители входных данных; 16, 17,
18 — усилители считывания; 19 — коммутатор потенциала диэлектрика; 21 — детек-
тор ошибки; 22 — буфер страницы
дят от ЭВМ через согласующие регистры /, 2, 3, 4. Перевод ЗЭЛТ в
режимы записи, стирания и считывания обеспечивает блок управле-
ния 5, который управляет коммутаторами потенциала диэлектрическо-
го слоя мишени 19 и током луча ЗЭЛТ через усилители 13, 14, 15.
Сигнал считывания ЗЭЛТ после усиления и преобразования в циф-
ровую форму записывается в буфере страницы 22, откуда он переда-
ется в регистр данных Контроль записанной информации произво-
дится детектором ошибки 21.
Время произвольной выборки в таком ЗУ — не более 30 мкс, а
его информационная емкость — от 30 до 600 Мбит (при использова-
нии 20 модулей). Скорость передачи информации ЗУ при последова-
тельном опросе модулей равна 10 Мбит/с. Если изменить систему ад-
ресации и производить в модулях параллельное считывание, можно
значительно повысить скорость передачи информации.
109

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kazan В., Knoll М. Electronic image storage —New York: Acade-
mic Press, 1968.—498 p.
2. Денбновецкий С. В., Семенов Г. Ф., Запоминающие электронно-
лучевые трубки в устройствах обработки информации. — М.: Советское
радио, 1973. —472 с.
3. Котовщиков Г. С, Кондратенков Б. М. Запоминающие трубки
с видимым изображением. — М.: Советское радио, 1970. — 72 с.
4. Архипов В. К., Сапежко А. Я. Масштабно-временные преобра-
зователи коротких однократных сигналов. — М.: ЦНИИатоминформ,
1979. —84 с.
5. Темников Ф. Е. Автоматические регистрирующие приборы.—
3-е изд. — М.: Машиностроение, 1968. — 383 с.
6. Naohiro С. Characteristics of photoconductive pick-up tubes.—Jour-
nal Inst. Telev. Engng. Japan, 1974, vol. 28, № 4, p. 947—951.
7. Новые советские передающие телевизионные приборы/
Г. С. Вильдгрубе, И. К. Малахов, Р. М. Степанов, В. А. Урвалов. —
Техника кино и телевидения, 1977, № 10,с. 42—48.
8. Cantella М. J. Ultra high resolution electronic imaging and storage
with the return beam vidicon.—Proc. of the society of photo-optical inst-
rum. engineers, 1972, vol. 32, October, p. 45—51.
9. Cordon E., Growell M. A charge storage target for electron image
sensing.—Bell system techn. Journal, 1968, vol. 47, № Ц, p. 1855—1873.
10. Hayes R. A silicon diode array scan converter for high-speed tran-
sient recording.—IEEE Trans, on ED, 1975, vol. 22, № 10, p. 930—938.
11. Kelly J. Recent advances in electron beam addressed memories.—
Advances in electronics and electron physics, 1977, vol. 43, p. 43—138.
12. Сушков А. Д., Вавилова О. С, Дмитриев Г. И. Вакуумные
приборы с электронной бомбардировкой полупроводника. — Зарубеж-
ная электронная техника, 1981, № 11, с. 60—72.
13. Losehand V. R., Munchen W. W. Ein tragheitsarnes multydioden-
vidikon fur optische und elektrische signalspeicherung.—NTZ, 1972, № 8,
S. 369—373.
14. Madden R. M., Keiwit D. A., Crowell C. R. Silicon phototransistor
vidicon.—IEEE Trans, on ED, 1971, vol. 18, №11, p. 1043—1048.
15. Silver R., Luedicke E. Electronic image storage utilizing a sili-
con dioxide target.—IEEE Trans, on ED, 1971, vol. 18, № 4, p. 229—
235.
16. Courtan В., Deschamps J. Les tubes a memoire enregisteurs
(TME). —Revue technique Thomson—CSF, 1971, vol. 3, № 4, p. 695—
725.
17. Хофштейн С. P., Рудисилл В. А. Запоминающая трубка с
кремниевой мишенью типа «Литокон». — Электроника, 1973, № 4,
с. 25—31.
18. Штейн А. А. Запоминающие электронно-лучевые преобразова-
тели с кремниевой мишенью. — Зарубежная электронная техник
1976, Ко 2, с. 27—50.
ПО

19. Запоминающие ЭЛТ с кремниевой мишенью в устройствах
отображения прикладного телевидения и вычислительной техники/
С. В. Денбновецкий, Б. X. Мосиенков, С. К. Темирязева и др. — В сб.:
Отбор и передача информации, Киев, Наукова думка, 1978, вып. 54,
С? 114—118.
20. Thomson-CSF groupment tubes electroniques.—Date TEV 3156,
TME—1496, 1973, november, p. 1—7.
21. TH-8803 2" very high resolution recording storage tube. —Date
TEV 3127, 1972, September, p. 1—5.
22. Запоминающая мишень на кремниевой подложке с металличе-
ской сеткой. — Электроника, 1972, № 2, с. 17—19.
23. Huges W. С, Lemmond С. W., Park Н. G. A semiconductor nonvo-
latile electron beam accessed mass memory.—Proc. IEEE, 1975, vol. 63,
august, p. 1230—1240.
24. Cohen M. S., Moore J. S. Physics of the MOS electron-beam me-
mory. — Journal of Applied physics, 1974, vol. 45, № 12, p. 5335—5348.
25. Speliotis D. E. EBAM-electron beam addresable memories.—13-th
IEEE Comput. Society Int. Conf., D. C. Technical Dig., 1976, p. 329—331.
26. Сиаккоу M. Физические основы записи информации.— М.: Связь,
1980.—191 с.
27. Осадчий В. И., Осадчий А. И. Электронно-лучевые накопители
информации.—Киев: Техника, 1980.—158 с.
28. Braga-Illa A. Resolution and equivalent filter in secondary emis-
sion devices.—ALTA FREQUENZA, 1968, vol. XXXVII, №2, p. 153—157.
29. Moore Т. H. Target limitation of resolution and signal/noise in
mesh storage tubes. IEEE Trans, on ED, 1970, vol. 17, № 11, p. 989—998.
30. Миллер В. А., Куракин Л. А. Приемные электронно-лучевые труб-
ки.—2-е изд.—М.: Энергия, 1971.—360 с.
31. Денбновецкий С. В., Семенов Г. Ф., Лещишин А. В. О простран-
ственно-частотных характеристиках и разрешающей способности преоб-
разователей разверток на ЗЭЛТ в системах связи оператора с ЭВМ.—В
кн.: Автоматизация проектирования в электронике.—Киев: Техника,
1976, вып. 14, с. 80—92.
32. Рыфтин Я. А. Телевизионная система (теория).—М.: Советское
радио, 1967.—271 с.
33. Хромов Л. И. Методы расчета потенциальной разрешающей спо-
собности.—Техника кино и телевидения, 1971, № 2, с. 53—57.
34. Денбновецкий С. В., Лещишин А. В., Терлецкий А. В. Линейные
модели запоминающих ЭЛТ.—В кн.: Автоматизация проектирования в
электронике. — Киев: Техшка, 1979, вып. 19, с. 96—103.
35. Денбновецкий С. В., Лещишин А. В., Терлецкий А. В. Моделиро-
вание запоминающих ЭЛТ с электрическими входными и выходными
сигналами. — В кн.: Автоматизация проектирования в электронике.—Ки-
ев: Техшка, 1984, вып. 29, с. 101—107.
36. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехни-
ки.—2-е изд., кн. I. — М.: Советское радио, 1974.— 552 с.
37. Гершберг А. Е. Передающие телевизионные трубки с внутренним
фотоэффектом.—2-е изд.—Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1973.—256 с.
38. Гуревич С. Б. Эффективность и чувствительность телевизионных
систем.—М.: Энергия, 1964.—344 с.
39. Кузьмин В. П., Лещишин А. В. Работа блока памяти на запоми-
нающих ЭЛТ с кремниевой мишенью в режиме селектора полутоновых
изображений.—В кн.: Вопросы телевизионной техники.—Томск, 1977, с.
235—238.
40. Пат.3925702 (США). Method and apparatus for improving the
readout characteristics of electron storage tube/Hofstein S. R.
Ill

41. Денбновецкий С. В., Шкурко А. Н., Орлов И. И. Системы на ос-
нове запоминающих электронно-лучевых трубок и их применение для об-
работки однократных импульсных сигналов наносекундного диапазона.—
Приборы и техника эксперимента, 1978, № 3, с. 7—18.
42. А. с. 595876 (СССР). Телевизионное устройство для просмотра
информации/С. В. Денбновецкий, А. В. Лещишин, Б. И. Медведенко и
др. Опубл. в Б. И., 1978, № 8.
43. Кузьмин В. П., Лещишин А. В., Мосиенков Б. X. Вычитание изо-
бражения в запоминающих ЭЛТ с кремниевой мишенью.—В кн.: Вопро*
сы телевизионной техники.—-Томск, 1977, с. 239—243.
44. Запоминающие электронно-лучевые трубки в усилителях яркости
рентгеновского изображения/С. В. Денбновецкий, Э. Б. Козловский,
А. В. Лещишин и др.— В научном обзоре: Медицинская радиационная
техника, М., 1978, с. 41—51.
45. Hoeffer Е., Grimmert Н., Kieslich В. Computer-controlled synthe-
sis of tomograms by means of TV storage tube.— Trans, in Biomed.
Engng., 1974, vol. 21, № 3, p. 243—244.
46. A color-memory television with the silicon target storage tube/
/Y. Izura, K. Okano, M. Nakono, S. Tsuji.—Journal Inst. Telev. Engng. Ja-
pan, 1975, vol. 29, № 10, p. 813—819.
47. Пат 4010466 (США). Method and system of electronic image sto-
rage and display/Hofstein S. R.
48. Бек В. Индикатор для растрового электронного микроскопа с
медленной разверткой. — Приборы для научных исследований, 1973, №8,
с. 142—146.
49. Графический пульт с избирательным стиранием.—Электроника,
1972, № 10, с. 80—81.
50. Устройство отображения информации на основе запоминающей
ЭЛТ с кремниевой мишенью для АСУ/С. В. Денбновецкий, А. В. Лещи-
шин, А. Е. Лысенко и др.—В кн: Автоматизация и механизация управле-
ния, Киев, 1975, № 5, с. 56—59.
51. А. с. 411447 (СССР). Устройство для отображения графической
информации на экране цветного кинескопа/С. В. Денбновецкий, В. Ф. Ле-
скин, А. В. Лещишин и др. Опубл. в Б. И. 1974, № 2.
52. Денбновецкий С. В., Лещишин А. В., Цыганок Б. А. Запоминаю-
щие ЭЛТ в автоматизированных системах проектирования в электрони-
ке. — В кн.: Автоматизация проектирования в электронике, Киев: TexHi-
ка, 1980, вып. 20, с. 49—59.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Глава первая. Разновидности и режимы ЗЭЛТ с кремние-
вой мишенью &
1.1. Основные типы ЭЛТ с кремниевой мишенью .... 5
1.2. ЗЭЛТ универсальных преобразователей полутоновой
информации 7
1.3. Двухлучевые ЗЭЛТ для преобразования разверток . . 24
1.4. Высокоскоростные ЗЭЛТ для исследования быстропро-
текающих процессов . . , 27
1.5. ЗЭЛТ для емких и быстродействующих ЗУ ЭВМ . . 32
Глава вторая. Преобразование сигналов в ЗЭЛТ ... 39
2.1. Спектр выходного сигнала 39
2.2. Пространственно-частотные характеристики и разрешаю-
щая способность ЗЭЛТ 53
2.3. Схемные модели ЗЭЛТ 60
2.4. Многократное накопление сигнала 63
Глава третья. Характеристики и параметры блоков памяти
на ЗЭЛТ 70
3.1. Сквозные частотные характеристики 70
3.2. Помехи на выходе блоков памяти 73
3.3. Градационные характеристики 81
3.4. Информационная емкость и потери информации . . 83
3.5. Амплитудные характеристики 89
Глава четвертая. Устройства преобразования информации
на ЗЭЛТ 93
4.1. Универсальные преобразователи электрических сигналов 95
4.2. Устройства отображения информации, выводимой
из ЭВМ 104
4.3. Электронно-лучевые запоминающие устройства ЭВМ 107
Список литературы ПО