Документ представляет собой книгу о кодирующих электроннолучевых трубках и их применении в преобразовании аналоговой информации в цифровую. Рассматриваются теоретические основы работы этих трубок, методы построения быстродействующих аналого-цифровых преобразователей и их настройка для достижения высокой точности. Книга предназначена для инженеров и научных работников в области радиоэлектроники и вычислительной техники.

1. А . Г. Л И К И А Р Д О П У Л О , Б. Е. Т Р О Ф И М О В
КОДИРУЮЩИЕ
ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫЕ
ТРУБКИ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
«ЭНЕРГИЯ»
Ленинградское отделение
1971

2. УДК G81.142.622
Рецензент А. М. Харченко
Т76 Ликиардопуло А. Г., Трофимов Б. Е.
Кодирующие электроннолучевые трубки и их при­
менение. «Энергия», Л., 1971.
128 с. с рис.
В книге рассмотрены вопросы преобразования информации из ана­
логовой формы в цифровую с помощью специальных электроннолуче­
вых приборов — кодирующих трубок. Дан обзор кодирующих трубок.
Рассмотрены основы теории и техники построения быстродействующих
аналого-цифровых преобразователей и методы их настройки. Особое
внимание уделено вопросам точности преобразования.
Книга рассчитана па нпженерпо-техннчсскнх и научных работников,
занимающихся разработкой быстродействующих аналого-цифровых пре­
образователей.
3-3-12
412-70
6П2.15

3. П РЕД И СЛО ВИ Е
Кодирующие электроннолучевые трубки используются для
преобразования сигналов из аналоговой формы в цифровую.
Предельная скорость их работы достигает нескольких сот мил­
лионов двоичных единиц в секунду при максимальной ошибке,
измеряемой долями процента амплитуды преобразуемого сиг­
нала. Таких показателей не удается пока достигнуть никакими
другими способами.
Первые варианты кодирующих трубок были предложены
в конце 40-х годов. Однако в то время слишком велик был раз­
рыв между возможностями трубок и состоянием техники всех
других узлов аппаратуры, в которой они могли быть приме­
нены. Сравнительно низкоскоростные преобразователи было
проще строить на электронных лампах и полупроводниковых
приборах.
В настоящее время электроннолучевые кодирующие трубки
находят все более широкое применение по крайней мере в двух
областях радиоэлектроники: электронновычислительной технике
и технике передачи информации.
В первом случае с помощью трубок аналоговые сигналы
переводятся в цифровую форму для последующего их анализа
или преобразования на универсальных электронных вычисли­
тельных цифровых машинах (ЭВЦМ). Изменение характера и
конечной цели анализа достигается преобразованием про­
граммы работы машины без изменения ее конструкции. Этот
фактор, а также большая память и высокая точность работы
ЭВЦМ обеспечивают в ряде конкретных ситуаций преимуще­
ство ЭВЦМ с аналого-цифровыми преобразователями перед ма­
шинами аналогового типа.
Во втором случае перевод сигналов в цифровую форму осу­
ществляется для улучшения условий их передачи на дальние
расстояния по современным кабельным! линиям связи. Пере­
дача сигналов в аналоговой форме требует установки на ли­
ниях связи усилителей, компенсирующих затухание сигнала
в линии и устанавливаемых на расстоянии порядка 5 км. Иска­
жения сигнала, возникающие на любом участке линии, сво­
бодно передаются по линии, возрастая с ее. длиной. При
1* 3

4. передаче сигналов в цифровой форме линейные усилители заме­
няются нелинейными пороговыми устройствами регенерации
сигналов, почти полностью устраняющими искажения цифровых
посылок, возникающих на предыдущем участке. Благодаря
этому качество и дальность связи резко возрастают. Передача
сигналов по линиям волноводной и световодиой связи может
осуществляться только в цифровой форме.
Сведения о принципах построения и работы кодирующих
трубок были опубликованы в ряде отечественных и зарубежных
журналов. Вопросы проектирования преобразователей на труб­
ках в литературе почти не освещались.
Целью настоящей книги является ознакомление читателей
с кодирующими электроннолучевыми трубками, методами по­
строения и опытом разработки соответствующих аналого-циф­
ровых преобразователей.
В первой главе приведены основные сведения по методоло­
гическим направлениям построения преобразователей и дан об­
зор используемых или предложенных вариантов кодирующих
трубок. Вопросы связи параметров трубок с их конструкцией
и параметрами АЦП рассмотрены во второй и третьей главах.
При этом основное внимание уделено оценке точности преобра­
зования.
Две последующие главы посвящены методам построения це­
пей, функционально предшествующих трубке, и цепей, завер­
шающих процесс аналого-цифрового преобразования. Здесь же
дается методика их расчета на заданную точность преобразо­
вания. В последней главе освещаются вопросы конструктивного
оформления преобразователей с учетом работы ряда узлов
в наносекундном импульсном диапазоне. Там же даны рекомен­
дации по установке трубок в оптимальный режим и настройке
преобразователя в целом.
Главы первая, вторая и шестая написаны канд. техн. наук
А. Г. Ликиардопуло, главы третья, четвертая и пятая — ст. на­
учным сотрудником Б. Е. Трофимовым.
Авторы считают своим приятным долгом поблагодарить
канд. техн. наук А. М. Харченко за ряд ценных замечаний, сде­
ланных при рецензировании книги.
Отзывы и пожелания просим направлять по адресу: Ленин­
град, Д-41, Марсово поле, д. 1, Ленинградское отделение изда­
тельства «Энергия».
Авторы

5. ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
а — Высота отверстий кодовой маски.
а0 — Значение lit при i=0.
Ь — Ширина отверстий кодовой маски,
с — Расстояние между разрядами кодовой маски.
С —Накопительная емкость амплитудно-импульсного
модулятора.
С11К— Межколлекторная емкость трубки.
(1Я — Толщина электронного луча в области кодовой
F0 — Частота дискретизации сигнала во времени.
Fп — Частота пилообразного напряжения.
Fс. — Частота нанвысшей спектральной составляющей
преобразуемого сигнала.
F(j) — Функция, учитывающая взаимное расположение
разрядов на кодовой маске.
8 — Расстояние между пластинами кодирующей
трубки.
gt>(ы) — Спектральная плотность импульса АИМ-2- на
входе демодулятора.
gn (©) —Спектр модулированной последовательности прямо­
угольных импульсов.
g5(<o) — Спектр напряжения и г{1).
G(to) — Спектральная плотность средней мощности преоб­
разуемого сигнала.
h — Чувствительность отклоняющих электродов коди­
рующей трубки.
hn — Отклонение I-й границы шага квантования, опре­
деляемой /-м разрядом кода, от теоретически пра­
вильного положения.
( — Номер границы шага квантования.
/,- — Ток коллектора /-го разряда.
/махе — Максимальное значение тока коллектора.
/ — Номер разряда кода (трубки или АЦП).
I —Длина отклоняющих пластин кодирующей трубки.
п — Число разрядов кода.
N — Номер кодовой группы.
Рн — Вероятность появления мгновенного значения сиг­
нала в зоне к-го шага квантования.. нала в зоне к-го шага квантования.
Pw i, <7(£/) — Весовые множители, используемые при определе­
нии Д2 и Uio(Ui).
Р'т — Средняя мощность шумов послекодовой цепи, при­
веденная ко входу усилителя.
маски.
и /г !-— ]—Функции, в соответствии с формулами (42) и (43).
К — Коэффициент усиления усилителя последоковой
цепи.
5

6. R — Внутреннее сопротивление схемы амплитудно-им­
пульсного модулятора.
S i и S; — Крутизна коллекторной характеристики / го раз-
*' ряда в области i'-н границы н среднее значение
крутизны характеристики /-го разряда.
5 —Усредненная крутизна коллектроной характери­
стики трубки.
То — Период частоты дискретизации сигнала во ирс-
менн.
«„х — Напряжение на отклоняющих электрода трубки.
U(t) — Исходный сигнал.
Ui н и г —Напряжение сигнала на входе и выходе квантую­
щего устройства, соответствующее данному циклу
кодирования.
U и J/i(-2) — Напряжение сигнала на входе квантующего уст-
1(" ’ ройства в моменты времени, предшествующие дан­
ному циклу кодирования.
Uzo(Ui) —Напряжение 1)г, усредненное по ансамблю зна­
чений в окрестностях точки С/(.
С/и —Ширина зоны квантования кодирующей трубки.
От — Максимальное напряжение на накопительной ем­
кости амплитудно-импульсного модулятора.
Ц0ГР1— Ширина верхней ветви зоны ограничения кван­
тующей характеристики АЦП (кодирующей труб­
ки).
U6(t) —Модулированная по амплитуде последовательности
дельта-функций.
х и и г —Система координат кодовой маски трубки.
Zo — Расстояние между кодовой маской и центром от­
клоняющих пластин трубки.
« а« и аг — Углы поворота маски соответственно вокруг осей
а*' х, у и z, относительно теоретически правильного
ее положения.
Р — Относительная нестабильность амплитуды импуль­
сов на выходе послскодового усилителя.
Y — Коэффициент передачи корректора тракта ампли­
тудно-импульсной модуляции.
6 — Шаг квантования (в единицах напряжения).
бв — Приведенный шаг квантования (в единицах
длины).
б„(7) — Последовательность дельта-функций, следующих
друг за другом с частотой Fo.
А — Ошибка преобразования.
дг и Дд — Составляющие ошибки преобразования.
д А, ДБ* в* "Д§— Средний квадрат ошибки при t/i=0.
Аир — Величина максимального разброса значений оши­
бок преобразования.
А. „ Дbt — Погрешности выполнения кодовой маски в обла-
° ' сти i-й границы шага квантования по осям у н х.
Д£ — Ширина переходной зоны стандартизатора после-
кодовой цепи.
&d) — Ширина переходной зоны послекодовой цепи /-го
разряда.
Д£>; — Смещение порога амплитудной характеристики
послекодовой цепи /-го разряда от его оптималь­
ного положения.
Д/я — Разность между максимальным и минимальным
значениями тока коллектора /-го разряда в зоне
t-й границы шага квантования.
6

7. ЛRi — Разность между значением R во оремя взятия i-fi
пробы сигнала и средним его значением.
Л7-, — Смещение момента опробования от тактовой точ­
ки в амплитудно-импульсном модуляторе.
hUox —Изменение напряжения на отклоняющих электро­
дах кодирующей трубки.
iU„ — Разность между фактическим уровнем порога
стаидартнзатора- послекодовой цепи и его опти­
мальной величиной.
т)(о>) —Коэффициент передачи преобразователя формы,
х — Смещение луча по кодовой маске в процессе ко­
дирования.
X —Длительность импульса опробования в .амплитуд­
но-импульсном модуляторе.
тс —Длительность импульса включения луча трубки.
Тф — Длительность фронта импульса,
о) —Текущее значение круговой частоты.
Й — Круговая частота сигнала.

8. Г Л А В А П Е Р В А Я
КОДИРУЮЩИЕ ТРУБКИ В АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ
1. Преобразование информации из аналоговой
формы в цифровую
Процесс преобразования сигналов из аналоговой формы
в цифровую слагается из трех операций: дискретизации сиг­
нала во времени, квантования его по амплитуде и кодирования.
В различных устройствах последовательность выполнения
этих операций может быть различной. В некоторых случаях все
три операции, составляющие единый процесс аналого-цифро­
вого преобразования сигнала, выполняются одновременно.
Дискретизация сигнала ко времени заключается в замене
непрерывного сигнала (рис. 1,с) последовательностью его значе­
ний, определяемых через равные интервалы времени (рис. 1,6).
Каждое из дискретных значений сигнала обычно называют про­
бой сигнала, а процесс дискретизации сигнала во времени —
процессом опробования сигнала.
Дискретизация сигнала во времени, по существу, представ­
ляет собой процесс амплитудно-импульсной модуляции (АИМ).
В соответствии с теоремой В. А. Котельникова [1] для сигна­
лов с ограниченным спектром частота дискретизации сигнала
во времени F0 должна по крайней мере в два раза превышать
частоту наивысшей спектральной составляющей преобразуе­
мого сигнала Fc.1
Квантование сигнала по амплитуде — это преобразование,
состоящее в замене мгновенных значений сигнала ближайшими
разрешенными к передаче дискретными уровнями (уровнями
квантования) [2]. Два соседних уровня квантования отличаются
друг от друга на величину, которую обычно называют шагом
квантования б (рис. 1,в).
Полное число уровней квантования в дальнейшем будем
обозначать через NMaKC, для двоичных кодов Nмаис= 2П, где п —
J Если нижняя граничная частота преобразуемого сигнала не равна нулю,
то при определенных условиях частота дискретизации может быть уменьшена.
8

9. целое положительное число, которое обычно называют числом
разрядов кода.
Кодирование заключается в замене квантованных проб сиг­
нала кодовыми группами (рис. ,г, код параллельный), каж­
дая из которых состоит из определенного числа импульсов оди­
наковой формы и амплитуды (рис. 1,а, д).
Число импульсных положений, каждое из которых может
быть занято импульсом (импульс) или свободно (пробел), во
всех кодовых группах одинаково и равно п. Соответствие ме­
жду уровнями квантования и отображающими эти уровни ко­
довыми группами устанавливается кодом.
В технике аналого-цифрового преобразования обычно ис­
пользуются двоичные (двухпозициопиые) обыкновенные равно­
мерные коды. В большинстве случаев код задается таблицей.
Из всего многообразия двоичных кодов наибольшее распро­
странение получили простой код и код Грея1, таблицы кото­
рых для п —б приведены на рис. 2.
Простой код отображает запись числа в двоичной системе
счисления:
N = 0,2'—1+ о .^ -2 + . . . + « . 2 " - ' + . . . + 2' +
Здесь ctj — коэффициенты, которые в зависимости от струк­
туры кодовой группы принимают одно из двух значений:
aj= I (наличие импульса) или а;-= 0 (отсутствие импульса).
Таким образом, импульс каждого разряда простого кода имеет
строго определенную «цену».
Это свойство простого кода позволяет упростить обработку
информации в ЭВЦМ и осуществление обратного преобразова­
ния сигналов (из цифровой формы в аналоговую).
Число, записанное в коде Грея, может быть представлено
в виде
ЛГ= «,(2“- 1 ) ± а 2(2,‘- ' - 1 ) ± . . . ± « / (2"+,- ' - 1 ) ±
. . . ± * Д 2 - 1 ) = 2 ± « ,2 " ^ - '- 1 ) .
Знаки перед коэффициентами о,- определяются структурой
кодовой группы. Знаки перед коэффициентами разрядов поло­
жительны, если число предшествующих импульсов четное, и от­
рицательны— если нечетное. В коде Грея кодовые группы двух
соседних уровней отличаются друг от друга только одной
1 В литературе простой код иногда называют натуральным, арифметиче­
ским или просто двоичным, а код Грея — циклическим, отраженным, рефлекс­
ным или зеркальным.
9

10. кодовой посылкой (рис. 2). Как будет показано ниже, эта осо­
бенность кода Грея во многих случаях позволяет существенно
упростить аппаратуру аналого-цифрового преобразования.
Рис. 1. Аналого-цифровое преобра- Рис. 2. Таблицы кодов
зование сигнала:
а — аналоговый сигнал; б — пробы сиг­
нала; в —пробы сигнала после коанто-
пания; г —кодовые импульсы парал­
лельного кода; д — кодовые импульсы
Преобразование кода Грея в простой код производится ло­
гическими устройствами и не встречает принципиальных за­
труднений [3].
ю

11. В некоторых аналого-цифровых преобразователях имеется
несколько (/?•) выходных зажимов, на каждом из которых по­
являются кодовые импульсы, соответствующие одному из раз­
рядов кода. Совокупность импульсов, одновременно возникаю­
щих па всех п выходных зажимах, образует кодовую группу
(рис. ,г). О таких преобразователях говорят, что.они имеют
параллельный выход (кодируют сигнал в параллельном коде).
В отличие от них преобразователи, имеющие один выходной
зажим, на котором последовательно во времени появляются
импульсные положения всех разрядов кода (рис. 1,д), обычно
/1
Щ1ч)
" i
"а-ч
и020, и они
|| ' Л
J T
'•1
il| 8
I U Чогвг
0
и*
Рис. 3. Квантующая характеристика преобразооателя
называются преобразователями с последовательным выходом
(кодируют сигнал в последовательном коде).
Параметры, характеризующие точность работы аналого-
цифрового преобразователя, в значительной мере определяются
его квантующей характеристикой, представляющей собой зави­
симость номеров кодовых групп на выходе преобразователя от
величины напряжения на его входе.
Квантующая характеристика преобразователя (рис. 3) имеет
вид лестничной кривой, горизонтальные участки которой соот­
ветствуют номерам кодовых групп (N), а вертикальные линии
определяют положения границ перехода от одной кодовой
группы к другой (границ шагов квантования).
Сверху и снизу квантующая характеристика ограничена го­
ризонтальными линиями —зонами ограничения.
На квантующей характеристике идеального аналого-цифро­
вого преобразователя с постоянным шагом квантования рас­
стояния между соседними вертикальными линиями строго
11

12. одинаковы и равны шагу квантования б, а участки ограниче­
ния имеют бесконечную протяженность.
В реальном кодирующем устройстве вследствие различного
рода неточностей выполнения элементов, составляющих пре­
образователь, расстояния между соседними вертикальными ли­
ниями оказываются неодинаковыми. Протяженность по крайней
мере одной из зон ограничения также может иметь конечные
размеры. Следствием этого является понижение точности ра­
боты преобразователя в целом. Может случиться, что все по­
пытки увеличить точность за счет увеличения числа разрядов
кода окажутся безрезультатными.
Вопросам оценки точности преобразования сигналов и ме­
рам по ее повышению посвящена глава третья.
2. Принципы построения устройств аналого-цифрового
преобразования
По принципам построения преобразователи разделяются на
три большие группы: преобразователи счета, сравнения и счи­
тывания [4—8].1
В каждой группе следует различать преобразователи с па­
раллельным и последовательным выходом. Приводимые ниже
сведения относятся к преобразователям с параллельным выхо­
дом, поскольку они обеспечивают наибольшую скорость работы.
В основе построения преобразователей счета лежит принцип
преобразования проб, образованных в результате дискретиза­
ции сигнала во времени, в пакеты импульсов (операция кван­
тования сигнала по амплитуде) с последующим подсчетом ко­
личества импульсов в пакете и выражением результата под­
счета в двоичной системе счисления (операция кодирования).
Таким образом, три главных составляющих процесса пре­
образования сигналов (дискретизация, квантование и кодиро­
вание) осуществляются последовательно во времени. Типовая
структурная схема преобразователя счета приведена на рис. 4.
Дискретизация сигнала во времени осуществляется в ампли­
тудно-импульсном модуляторе второго рода [2] (АИМ-2, J на
рис. 4). Импульсы АИМ-2 в устройстве 2 преобразуются в по­
следовательность импульсов, модулированных по длительности
(ШИМ).
В схеме совпадений 3, импульсы ШИМ заполняются им­
пульсами малой длительности, получаемыми от генератора 4,
преобразуясь таким образом в пакеты импульсов. Количество
1 Иногда в литературе о преобразователях счета говорят как о преобразо­
вателях на время-импульсном методе [7], о преобразователях сравнения — как
основанных на методе взвешивания [5, 6], а о преобразователях считывания —
как основанных на пространственном [7, 8] методе преобразования. В литера­
туре встречаются и другие виды классификации аналого-цифровых преобразо­
вателей, являющихся, на наш взгляд, менее удачными.
12

13. импульсов d пакетах, пропорциональное амплитуде пробы сиг­
нала, подсчитывается счетчиком 6.
После окончания счета производится считывание электри­
ческого состояния ячеек счетчика, в результате чего на выход­
ных шинах (1-Ht) появляется группа кодовых импульсов. После
считывания счетчик переводится в исходное положение импуль­
сами от синхрогенератора 5.
В основе преобразователей сравнения лежит принцип после­
довательного сравнения проб, образованных в результате дис­
кретизации сигнала во времени, с рядом эталонных напряже­
ний. По результатам сравнения формируются кодовые импульсы
и производятся необходимые изменения значений проб сигнала
Рис. 4. Преобразователь счета Рис. 5. Преобразователь
сравнения
I -с х е м а ЛИМ-2; 2,—? п—
пороговые устроПстоа;
3|—3у —схемы вычитания
и эталонных напряжений. В преобразователях сравнения опе­
рации квантования и кодирования сигнала производятся одно­
временно. Типовая структурная схема преобразователя сравнения
приведена на рис. 5. С выходом схемы АИМ-2(/) проба сигнала
с амплитудой Vi подается па пороговое устройство 2и где она
сравнивается с эталонным напряжением £/эt, которое опреде­
ляет порог срабатывания устройства 2А.
При Ui^Uoi в устройстве формируется кодовый импульс,
и в схеме вычитания 31 амплитуда пробы сигнала уменьшается
на величину эталонного напряжения (U2 =Ui—U3i).
При Ui<Uq кодовый импульс устройством 21 не форми­
руется и уменьшения амплитуды пробы сигнала в схеме <3i не
происходит (Ui = U2). Далее импульс с амплитудой U2 посту­
пает на следующий каскад преобразователя (2j, «?,), где проис­
ходят процессы, аналогичные описанным выше.
Общее количество каскадов преобразователя равно числу
разрядов кода (/г). В описанной схеме значения эталонных на­
пряжений различны для каждого каскада преобразователя
(UDi=2n- 16% и Э2= п~26 и т. д., где 6 —напряжение, соответ­
ствующее шагу квантования).
Возможно несколько иное построение преобразователя срав­
нения, когда эталонные напряжения во всех каскадах равны
13

14. 2,,_1 б, но амплитуда пробы сигнала в каждом устройстве 3}
увеличивается вдвое [5].
Возможна и третья разновидность построения преобразова­
телей сравнения, когда амплитуда пробы сигнала в процессе
преобразования не изменяется, но в зависимости от структуры
кодовой группы изменяются значения • эталонных напряже­
ний {3].
В основе преобразователей считывания лежит принцип воз­
действия проб, образованных в результате дискретизации сиг­
нала во времени, на систему пороговых устройств, отображаю­
щих кодовую таблицу.
Рис. 6. Преобразователь считьшашш
а — фуикцноналышя схема; 1 —схема АИМ-2; 2,—2п — устроПстпл
с прямоугольно-разрывными амплитудными характеристиками; б —
амплитудные характеристики устроПстна 2,—2п при п=3; о — импульсы
на выходе
Типовая структурная схема преобразователя приведена на
рис. 6, а.
Пробы сигнала от схемы АИМ-2 (/) одновременно посту­
пают на п устройств, имеющих прямоугольно-разрывные ампли­
тудные характеристики (2j—2„).
Под устройством с прямоугольно-разрывными амплитуд­
ными характеристиками здесь понимается устройство, в кото­
ром линейное изменение напряжения на входе приводит к по­
следовательному появлению одного из двух фиксированных
значений напряжения на его выходе (рис. 6, 6).
Вид прямоугольно-разрывных амплитудных характеристик
выбирается в соответствии с кодом. На рис. 6,6 приведены ам­
плитудные характеристики устройств 2i—2n при п = 3. При воз­
действии на вход устройств 2t—2п импульса АИМ на выходах
устройств формируются импульсы, образующие кодовую группу
(рис. 6,б).
Преобразователи считывания дают возможность достигнуть
наиболее высоких скоростей преобразования информации при
14

15. заданной точности их работы и заданном качестве используе­
мых радиокомпонеитов. Это обстоятельство обусловливается
тем фактом, что число элементарных операций, последовательно
осуществляемых в процессе преобразования сигналов, в этих
устройствах минимально. Действительно, анализируя схемы на
рис. 4, 5 и 6, нетрудно убедиться, что преобразователи счета
доллшы быть рассчитаны на выполнение (2"+2) элементарных
операций (подсчет 2" импульсов, считывание и сброс), пре­
образователи сравнения — на (2л—1) последовательных опера­
ций (сравнение и вычитание), а преобразователи считывания —
лишь на одну операцию, в процессе которой происходит полное
кодирование пробы сигнала.
Возможно построение преобразователей сравнения и считы­
вания, при котором обеспечивается последовательный выход.
При этом в преобразователях сравнения проба сигнала в тече­
ние цикла кодирования проходит через один каскад преобразо­
вателя л раз, в преобразователях считывания проба сигнала
поступает на входы устройств с прямоугольно-разрывными ам-
плитудиими характернетиками поеледовательно.
Во всех случаях последовательный выход преобразователя
требует увеличения быстродействия элементов схемы в п раз.
При ограниченном быстродействии элементов схемы наиболь­
шую скорость работы обеспечивают преобразователи считыва­
ния, имеющие параллельный выход.
Исторически первыми преобразователями считывания были
преобразователи механических перемещений в код. В этих пре­
образователях основным узлом является кодовая маска, вы­
полненная по закону того или иного кода путем нанесения про­
водящих покрытий на изолирующее основание. Подобная маска
приведена на рис. 7, а, где заштрихованным участкам соответ­
ствуют электропроводные участки, а незаштрихованным — не­
проводящие участки. С деталью или узлом, механические пере­
мещения которых подлежат преобразованию в код, жестко
соединена система считывающих элементов, выполненных, на­
пример, в виде щеток, перемещающихся по разрядам кодовой
маски (рис. 7,а). Если положение считывающего элемента на
маске таково, что он находится на проводящем участке, то по
нему идет ток и регистрируется кодовый элемент, равный «1».
Если щетка находится на участке маски, непроводящем ток, то
электрической цепью щетки регистрируется «О».
Из рис. 7, а видно, что при положении считывающих элемент
тов в зоне перехода от участка одной проводимости к участку
другой проводимости могут возникать ошибки, вызванные, на­
пример, отклонением расположения считывающих элементов от
прямой линии. В этом случае на выходе преобразователя вме­
сто кодовой комбинации, допустим 100, может возникнуть
любая кодовая комбинация от 000 до 111. Ошибки такого рода
принципиально присущи преобразователям считывания и их
15

16. обычно называют ошибками неоднозначности считывания [3, 4].
Известно три способа устранения этих ошибок: а) предва­
рительное амплитудное квантование преобразуемого сигнала;
б) логический выбор элементов считывания; в) применение
циклических кодов.
В механических преобразователях считывания амплитудное
квантование подразумевает применение различного рода фик­
саторов, обеспечивающих установку щеток в центре строки ко­
довой маски (рис. 7, а, пунктир).
Рис. 7. Преобразование механических перемещений и код
в — простои код; б —V-код; в — код Грея
Один из вариантов реализации способа логического выбора
элементов считывания заключается в том, что для каждого
разряда кода (кроме младшего) изготовляются два столбца
маски и устанавливается по два считывающих элемента
(рис. 7,6). По отношению к положению столбцов на кодовой
таблице (рис. 2) правый столбец сдвигается вверх, а левый —
вниз. Величина сдвига составляет половину проводящего уча­
стка столбца маски предыдущего (младшего) разряда кода.
Выбор элемента считывания в данном разряде производится
логическими схемами и определяется цифрой предшествующего
младшего разряда: если в предшествующем разряде получена 1,
то в данном разряде считывается левый столбец, если 0 —
правый.
На рис. 7, б черными кружками обозначены те элементы,
которые производят считывание в случае, когда в младшем раз­
ряде получена цифра 1.
Нетрудно видеть, что даже при такой неблагоприятной уста­
новке щеток, как на рис. 7,6, возможно считывание либо 3-й,
либо 4-й кодовой группы. Такой код называют двоично-сдвину­
тым или V-кодом, кодовую маску иногда называют расщеп­
ленной.
Ошибки неоднозначности считывания могут быть устранены
применением кода Грея (рис. 7, в). То обстоятельство, что две
соседние кодовые группы этого кода отличаются только одной
16

17. кодовой посылкой, обеспечивает считывание одной из двух сб-
седних кодовых групп при любом положении щеток. Например,
при положении щеток, показанном на рис. 7, в, возможно счи­
тывание 3-й или 4-й кодовой группы и ошибка преобразования
не превысит половины шага квантования.
Достоинством механических преобразователей считывания
является относительно высокая точность работы, которая зави­
сит от точности изготовления кодовой маски и установки счи­
тывающих элементов.
Стремление сохранить это достоинство и одновременно по
выснть скорость преобразования привело к использованию
Рис. 8. Электрошюлучеоая кодирующая трубка
в качестве считывающего элемента практически безынерцион­
ного электронного луча, т. е. к созданию электроннолучевой ко­
дирующей трубки.
Основой работы любой кодирующей трубки является пре­
образование кодируемого сигнала в пространственное положе­
ние электронного луча, которое при помощи перфорированного
электрода (кодовой маски) преобразуется в кодовую комби­
нацию.
Функциональная схема простейшей трехразрядной кодиру­
ющей трубки приведена на рис. 8. Электронная пушка 1 фор­
мирует ленточный (плоский) электронный луч 3, который про­
ходит между отклоняющими пластинками. 2 и попадает на
маску 5.
Преобразуемый сигнал подается на отклоняющие пласти­
ны 2. Под действием поля отклоняющих пластин 2 электронный
луч 3 отклоняется по вертикали, аналогично тому, как под дей­
ствием механической силы смещаются считывающие элементы
(щетки) в механическом преобразователе. Величина отклоне­
ния луча пропорциональна значению сигнала.
2 Заказ № 2610 17

18. Маска 5 представляет собой пластину, на которую также
как в механическом преобразователе нанесено пространствен­
ное изображение кода. Но вместо проводящих участков в мас­
ке 5 сделаны прямоугольные отверстия.
За каждым разрядом маски установлены узкие металличе­
ские пластины —коллекторы 4i—43. Электроны луча 3, проник­
шие через отверстия маски, попадают на коллекторы, создавая
ток во внешних цепях.
Очевидно, что структура кодовой группы будет зависеть от
положения луча на маске, т. е. от напряжения преобразуемого
сигнала.
Все существующие кодирующие трубки могут быть разде­
лены на две группы: трубки с параллельным (одновременным)
считыванием всех разрядов кода и трубки с последовательным
считыванием.
3. Кодирующие трубки с последовательным
считыванием
В трубках этого типа считывание разрядов кода произво­
дится поочередно, последовательно во времени, и считываю­
щим элементом является электронный луч, имеющий круглое
сечение. Такой электронный луч широко использовался в элек­
троннолучевых приборах задолго до появления кодирующих
трубок. Естественно, что луч, имеющий круглое сечение, нашел
применение и в первой кодирующей трубке, предложенной Сир­
сом и изготовленной в лаборатории фирмы «Белл» (США)
в 1948 г. [9]. Трубка преобразует аналоговый сигнал в семи­
разрядный простой код.
Функциональная схема трубки приведена на рис. 9,я. Элек­
тронная пушка 1 формирует электронный луч круглого сечения.
На отклоняющие пластины 2 в виде импульсов АИМ-2 (от 0)
подается преобразуемый сигнал. Под действием поля откло­
няющих пластин 2 луч перемещается по вертикали в направле­
нии столбцов кодовой маски 6. От генератора 12 на отклоняю­
щие пластины 3 подается пилообразное напряжение, смещаю­
щее луч по горизонтали в направлении строк кодовой маски.
В тех случаях, когда луч проходит через отверстия маски, он
попадает на коллектр 7 и создает ток в сопротивлении на­
грузки 8. Кодовые импульсы поступают на выход АЦП через
усилитель 13. Гасящие импульсы от генератора 12 выключают
луч во время обратного хода пилообразного напряжения раз­
вертки. Правильность временных соотношении между импуль­
сами АИМ-2 и пилообразным напряжением развертки обеспе­
чивается синхрогеиератором 10.
Ошибки неоднозначности считывания устраняются ампли­
тудным квантованием сигнала, которое производится в самой
трубке в процессе преобразования. С этой целью перед кодовой
маской 6 расположена квантующая сетка 5, состоящая из

19. тонких параллельных проволок, разделяющих строки
маски.
Если под действием отклоняющего поля пластин 2 элек­
тронный луч попадает на сетку 5, то из нее эмиттируются вто­
ричные электроны, которые попадают на коллектор 4. Кван­
тующая сетка 5 через усилитель обратной связи 11 соединена
с отклоняющими пластинами 2. Ток сетки 5 зависит от верти­
кального положения у электронного луча на маске. Кривая,
Рис. 9. Кодирующая трубка с квантующей сеткой
а — функциональная схема; б — внешний онд
отображающая эту зависимость для случая, когда диаметр
луча 1 несколько больше расстояния между проволоками сетки,
приведена на рис. 10, а (на рис. 10,6 кружками обозначены
проволоки квантующей сетки).
Максимальное значение тока сетки будет в том случае,
когда центр луча совместится с осью проволок; минимальное
значение — при попадании луча между проволоками сетки, т. е.
* Под диаметром луча подразумевается удвоенное расстояние от центра
луча до точки, в которой ток составляет 5% от плотности тока в центре луча.
2* ' 19

20. в центр строки кодовой маски. В усилитель обратной связи II
введено отрицательное постоянное смещение, которое компен­
сирует постоянную составляющую тока сетки (/о на рис. 10,а).
При этом зависимость напряжения на выходе усилителя II от
положения луча на маске становится симметричной относи­
тельно оси ординат (рис. 10,0).
Напряжение обратной связи с выхода усилителя II на от­
клоняющих пластинах 2 суммируется с преобразуемым сигна­
лом, поступающим от схемы
АИМ-2 [9].
Рассмотрим процесс ампли­
тудного квантования сигнала,
полагая, что под действием по­
ложительного напряжения об­
ратной связи луч смещается по
оси у вправо (рис. 10). Если
луч находится в положении 1,
то возникающее при этом по­
ложительное напряжение об­
ратной связи смещает луч
вправо, в положение 0.
При нахождении луча в по­
ложении 2 отрицательное на­
пряжение обратной связи ег
смещает луч влево, в положе­
ние 0.
Из положения 3 под дейст­
вием отрицательного напряже­
ния обратной связи ег луч сме­
щается влево до тех пор, пока
не займет положение О-
Таким образом, луч всегда
находится справа от проволоки
квантующей сетки; при этом
ток сетки равен /0, а напряжение обратной связи стремится
к нулю. На рис. 10,6 устойчивые положения луча отмечены кре­
стиками-
В рассматриваемой кодирующей трубке электронная пушка
и коллекторный узел (электроды 4—7) расположены в разных
концах стеклянной колбы длиной 285 мм с наибольшим диа­
метром— 54 мм. Коллектор вторичных электронов 4 выполнен
в виде прямоугольного электрода, коллектор 7 — в виде тон­
кого диска. Кодовая маска 6 также выполнена в виде тонкого
диска, в котором вырублены отверстия, соответствующие про­
стому коду. Ширина отверстий маски равна 1,6 мм, высота от­
верстий седьмого разряда (шаг квантования) — 0,3 мм. Сетка
состоит из параллельных проволок диаметром 0,1 мм, укреп­
ленных на прямоугольном вырезе рамы-диска. Размах кван-
20
Ток сетки
1 А Л
IVб; 1 j
б}* и •10 3
Напряжение
обратной
связи
Л . А
V N и *
Рис. 10. Механизм работы квантую­
щей сетки
а —зависимость тока сетки от положения
луча; б — каантующая сетка; в — зависи­
мость напряжения обратной связи от по­
ложения луча

21. тующего тока зависит от диаметра электронного луча; при при­
веденных выше размерах сетки оптимальное значение диаметра
луча составляет 0,26 мм, ток луча равен 10 мка. При ускоряю­
щем напряжении 1000 в для полного отклонения луча по вер­
тикали необходим сигнал с размахом 200 в.
Внешний вид кодирующей трубки с квантующей сеткой при­
веден на рис. 9,6. Выводы от электродов коллекторного узла
выполнены на колбе трубки. Описанная трубка в течение дли­
тельного периода времени работала в экспериментальной 96-ка-
иальной радиорелейной линии связи в США [10].
Для устранения ошибок неоднозначности считывания в ко­
дирующих трубках, как и в механических преобразователях,
возможно использование V-кода.
Рис. И. Функциональная схема кодирующей трубки с расщепленной
маской
/ — электронная пушка; 2 — вертикальные отклоняющие пластины; 3 — го­
ризонтальные отклоняющие пластины; 4 — экранирующий электрод; 5 — кол­
лектор вторичных электронов; б — маска; 7 — сопротивление нагрузки; 8 —
усилитель; 9 — устройство задержки; 10 — генератор развертки; II — схема
ЛНМ-2; 12 — синхрогекератор
Макет семиразрядной кодирующей трубки с расщепленной
маской (V-код) был изготовлен фирмой «Дюмон» (США)
в 1957 г. [11].
Функциональная схема кодирующей трубки при /1= 3 при­
ведена на рис. 11. На вертикальные отклоняющие пластины 2
через схему АИМ-2 (11) подается преобразуемый сигнал. Луч
круглого сечения, формируемый электронной пушкой 1, после
отклонения пластинами 2 попадает на маску 6, которая эмит-
■гируст вторичные электроны. Вторичные электроны с маски 6
собираются коллектором 5, выполненным в виде сетки из тон­
кой проволоки; потенциал коллектора (по отношению к маске)
+ 300 в. Сопротивление нагрузки включено в цепь маски, по­
этому при попадании луча в отверстие маски ток через сопро­
тивление нагрузки прерывается. При этом луч попадает на
люминофор, которым покрыта расположенная за маской часть
стеклянной' колбы трубки. На горизонтальные отклоняющие
21

22. пластины 3 от специального генератора 10 подается лестничное
напряжение развертки.
Расположение горизонтальных площадок лестничного на­
пряжения определяет, какой из двух взаимосдвинутых разря­
дов V-кода будет считываться. Кодовые импульсы после уси­
лителя 8 через устройство задержки 9 подаются на отклоняю­
щие пластины 3, складываясь с напряжением развертки от
генератора 10.
Устройство 9 вносит задержку, равную интервалу между
шагами генератора лестничного напряжения 11. Кодовый им­
пульс смещает горизонтальную площадку лестничного напря­
жения развертки так, что луч попадает в правый разрядный
столбец. Следует отметить, что это смещение одинаково для
всех разрядов кода. Люминофор, которым •покрыта торцевая
часть колбы трубки (диаметр 76 мм) облегчает установку раз­
вертки и контроль выхода.
При ускоряющем напряжении 2000 в и фокусировке луча
по седьмому разряду ток луча менее 1 мка. Трубка нашла при­
менение в макетах аппаратуры при относительно низких значе­
ниях частоты опробования сигнала.
Кодирующие трубки с квантующей сеткой и V-кодом иллю­
стрируют два способа устранения ошибок неоднозначности счи­
тывания. Особенностью этих трубок является наличие цепи об­
ратной связи с выхода трубки на ее вход. Время пролета элек­
тронов от зоны отклоняющих пластин до выходных электродов
в различных вариантах трубок обычно составляет 5—15 нсек.
Учитывая, что устройства формирования корректирующих от­
клоняющих напряжений также вносят задержку, можно утвер­
ждать, что общая задержка в цепи обратной связи будет
больше 10 нсек. Поэтому при длительности кодовых импульсов
порядка единиц наносекунд применение кодирующих трубок
с квантующей сеткой и V-кодом оказывается невозможным.
В кодирующих трубках с высокой скоростью преобразова­
ния для устранения ошибок неоднозначности считывания обыч­
но используют код Грея. Функциональная схема одного из воз­
можных вариантов кодирующей трубки с последовательным
считыванием и кодом Грея [12] приведена на рис. 12.
Электронная пушка 1 формирует точечный электронный луч,
имеющий круглое сечение. На отклоняющие пластины 2 по­
дается пилообразное напряжение развертки от генератора 10.
Отклоняющая система, на которую подается преобразуемый
сигнал, состоит из секций 3i—3n, количество которых равно
числу разрядов кода (п). В простейшем случае секции могут
состоять из п пар пластин, отклоняющих луч в вертикальном
направлении.
Между секциями отклоняющей системы, 3i—3n включены
звенья линий задержки 4i—4n-i. Последнее звено линии за­
держки (4n_i) нагружено на согласующее сопротивление 5.
22

23. Звенья линии задержки выполнены так, чтобы время за­
держки сигнала между двумя соседними секциями отклоняю­
щей системы было равно интервалу времени между кодовыми
импульсами соседних разрядов, определяемому скоростью раз­
вертки. Преобразуемый сигнал последовательно проходит все
секции отклоняющей системы 3i—Зп, и создаваемое им откло­
няющее поле перемещается в пространстве вдоль строк кодо­
вой маски.
Общее время преобразования, как и в рассмотренных выше
кодирующих трубках, равно периоду частоты опробования сиг­
нала, но время, в течение которого изменяется мгновенное зна­
чение напряжения сигнала, отклоняющего электронный луч,
Рнс. 12. Функциональная схема кодирующей трубки с пространствен­
ным распределением сигнала
не превышает длительности кодового импульса. После откло­
нения системой 3i—Зп луч проходит по поверхности маски 6,
через отверстия маски попадает на коллектор 7, создавая ток
в сопротивлении нагрузки 8. Образовавшийся импульс посту­
пает на выход АЦП через послекодовый усилитель 9. Количе­
ство секций отклоняющей системы 3i—3n можно увеличить, со­
ответственно уменьшив время задержки и увеличив количество
звеньев 4—4п-1. При этом в еще большей степени уменьшается
изменение отклоняющего поля при воздействии его на электрон­
ный луч. Трубка с пространственным распределением сигнала
позволяет обойтись без устройств для предварительного опро­
бования преобразуемого сигнала (АИМ-2).
Незначительная величина тока на выходе трубки в сочета­
нии с малой длительностью кодовых импульсов в трубках с по­
следовательным считыванием создают большие трудности при
разработке скоростных аналого-цифровых преобразователей.
Этих трудностей молено в значительной степени избежать,
встроив в трубку вторично-электронный умножитель.
23

24. Если конечным итогом работы аппаратуры преобразования
является последовательность кодовых радиоимпульсов, то це­
лесообразно поток электронов, полученный с выхода электрон­
ного умножителя, сфокусировать и использовать в дальнейшем
в качестве электронного луча соответствующего СВЧ прибора.
В этом случае можно устранить трудности, связанные с про­
межуточным преобразованием наносекундиых токовых импуль­
сов в импульсы напряжения относительно большой амплитуды.
Такая кодирующая трубка, объединенная с электронным умно­
жителем и лампой бегущей волны, предложена в [13].
Основные параметры описанных в литературе кодирующих
трубок с последовательным считыванием приведены в табл. 1.
4. Кодирующие трубки с параллельным
считыванием
В кодирующих трубках этого типа считывание всех разря­
дов кода производится одновременно и считывающим элемен­
том обычно является плоский (ленточный) электронный луч.
Подобные трубки обеспечивают, как правило, параллельный
выход преобразователя, что позволяет снизить требования к бы­
стродействию элементов его схемы. Устранение неоднознач­
ности считывания достигается применением кода Грея. Обрат­
ные связи с выхода трубки на ее вход не применяются. Это
также способствует увеличению быстродействия. Перечисленные
факторы обусловили широкое практическое применение коди­
рующих трубок с плоским лучом и параллельным считыванием.
Девятиразрядная кодирующая трубка с плоским лучом
была разработана фирмой «Белла» (США) в 1964 г. [14].
Функциональная схема трубки приведена на рис. 13, а.
Плоский электронный луч формируется электронной пушкой,
состоящей из катода 1, модулятора 2 и анода 3. Потенциалы
катода, модулятора и анода создают такую конфигурацию элек­
трического поля, в котором электронные траектории пересека­
ются в области между катодом и анодом, образуя кроссовер.
При помощи фокусирующей линзы 4 кроссовер отображается
на кодовой маске 7, образуя электронное пятно прямоугольного
сечения. Входной сигнал подвергается дискретизации во вре­
мени (опробованию) в схеме АИМ-2 (12). Импульсы проб сиг­
нала от схемы АИМ-2 поступают на отклоняющие пластины 6.
Электронный луч включается импульсами от генератора 13 и
после отклонения по вертикали полем пластин 6 попадает па
кодовую маску 7. Электроны, проникшие через отверстия маски,
попадают в основном на эмиттер 9 и частично на коллекторы
Si — So.
Вторичные электроны с эмиттера 9 собираются на коллек­
торах, увеличивая ток в сопротивлениях нагрузки lOi-lOo.
24

25. Таблица 1
1;
а
§:
| |
Мсжэлектрнчс-
скпс емкости
Габариты
Типтрубки
Страна
Год.источникип
млцпн
j l
Типкода
С
а
Токколлектора,
| f
s r i
Формалуча
Толщиналучао
1
Г-
|1
X 5.
1отклоняющиеI
пластины,пфI
катод-модуля­
тор,пф
коллектор—
остальныеэлск.
I
диаметр,мм
- США .1948 [9] 7 простой после-
дова-
тельн.
10 200 круглая 0 ,8 5 - - - - - 285 54
— США 1958 [11] 7 » то же < 1 — » — — 2000 — — — 330 80
- США 1960 [19] 7 Грея парал-
лельн.
35 90 плоская 290 80
_ США' 1964 [14] 9 » то же 5 60 » 0 .5 — 800 — 16 5 420 110
- ФРГ 1964 [17] 8
»
25 65 цнлин-
дрнч.
— — 250 - - 7 250 65
ТКС-А Япония 5 * после-
дова-
телыг.
0,11 300 круглая 0 ,2 5 0 ,0 2 1550 5 37 20 380 90
ТКС-В » 7 * то же 1,1 300 » 0 ,5 2,1 1500 5 ,6 12,8 11 450 90
ТКС-М 1957 [20] 3 * парал-
лельц.
430 55 плоская 0 ,3 2 ,6 300 7 ,5 9 ,7 3 ,0 102 30
ткс-д » 5 » то же 50 140 0 ,8 5 ,6 1000 4 ,8 9 ,4 7 ,7 435 9 2
ТКС-Е 5 * * 40 200
* 1,0 3 ,0 530 — — — 200 60

26. Отклоняющая система, состоящая из двух скошенных электро­
дов 5, предназначена для коррекции перекоса луча по отноше­
нию к маске. Как будет показано в гл. 2, этот перекос приводит
Рис. 13. Кодирующая трубка с плоским лучом
а —функциональная схема; б — впешннП вид
к большим ошибкам преобразования. С целью уменьшения
ошибок изменено расположение разрядов кода на маске.
Кодовая маска 7 выполнена по закону кода Грея. Высота
маски 52 мм, высота отверстий младшего (9-го) разряда 0,2 мм,
ширина отверстий 0,5 мм. Напряжение сигнала на отклоняю-

27. Щйх пластинах 6, соответствующее смещению луча в пределах
маски, не превышает 60 в (при ускоряющем напряжении
800 в). Средняя толщина электронного луча составляет 0,05 мм
при выходном токе 5 мка на разряд.
Коллекторы выполнены в виде тонких проволок из нержа­
веющей стали, емкость каждого коллектора на землю состав­
ляет 5 пф, емкость между коллекторами — менее 1 пф. На по­
верхность эмиттера 9 напылен топкий слой золота, при этом
коэффициент вторичной эмиссии составляет всего 1—1,5, но
отличается большой стабильностью: при различных положе­
ниях луча ток разряда изменяется не более чем на 5%- Сборка
трубки производится с высокой степенью точности. Например,
расстояние между катодом и модулятором составляет 0,13 мм
и должно выдерживаться с точностью 0,0005 мм, точность вы­
полнения отверстий маски —0,0025 мм. С целью повышения
качества сборки электронная пушка, фокусирующие и откло­
няющие электроды укрепляются на специальных опорных точ­
ках и между электродами устанавливаются калиброванные ке­
рамические прокладки.
Внешний вид трубки приведен на рис. 13,6. Электроды
трубки заключены в стеклянный цилиндр диаметром 110 и дли­
ной 420 мм. С целью уменьшения паразитной емкости и индук­
тивности выводы отклоняющих пластин сделаны через боковые
стенки трубки. Для ослабления влияния внешних магнитных
полей баллон трубки снаружи покрыт мюметаллом. Описанная
девятиразрядная кодирующая трубка была использована в экс­
периментальной системе связи с ИКМ и работала со скоростью
преобразования информации 108* 10е дв. ед. в секунду [15].
Частота опробования при преобразовании сигналов телевидения
достигала 12 мгц. Авторы трубки отмечают, что возможно ис­
пользование ее при частотах опробования до 24 мгц.
Интересной разновидностью кодирующих трубок с парал­
лельным считыванием является трубка с' электронно-оптиче­
ским преобразованием, предложенная в [16]. Функциональная
схема такой трубки (при п=3) приведена на рис. 14.
Электронная пушка 1 формирует плоский электронный луч.
Для кратковременного включения луча применена система, ос­
нованная на сканировании луча при помощи отклоняющих
пластин 2, на которые подается синусоидальное напряжение
развертки от генератора Л. Через щелевую диафрагму 3 элек­
троны луча проникают в течение нескольких наносекунд, обра­
зуя «пакеты». Расфокусировка пакетов исправляется электро­
дом 4.. Сканирование луча позволяет обойтись без схемы
предварительного опробования сигнала (АИМ-2). Такой же ре­
зультат может быть получен и в описанных выше трубках, если
включать их на очень короткое время (единицы наносекунд).
Но при этом предъявляются повышенные требования к ка­
тодно-модуляторному узлу трубки и к устройству формирова-
27

28. ния импульсов включения луча трубки. Пакет электронов
после отклонения полем пластин 5, иа которые подается пре­
образуемый сигнал, попадает на маску 6. Электроны, проник­
шие через отверстия маски, попадают в замедляющее поле, со­
здаваемое системой электродов 7. Коллекторы 8i—8п располо­
жены на различных расстояниях от маски 6. Части пакета
электронов проходят различные расстояния от маски до соот­
ветствующего коллектора, за счет чего создается временной
сдвиг между импульсами кодовой группы.
Коллекторы 8i—8п покрыты люминофором и иа выходе
трубки образуются световые кодовые импульсы, разделенные
как в пространстве, так и во времени. Через оптическую си­
стему 9 световые импульсы фокусируются на катод фотоэлек­
тронного умножителя 10, с выхода которого снимаются кодо­
вые импульсы. Особенностью рассмотренной трубки является
наличие последовательного выхода при параллельном считы­
вании кода.
Другим типом кодирующей трубки с параллельным считы­
ванием является так называемая цилиндрическая кодирующая
трубка. Электронно-оптическая система этой трубки значи­
тельно отличается от аналогичной системы трубки с плоским
лучом, хотя по схеме осуществления операции кодирования сиг­
налов обе трубки весьма схожи. Восьмиразрядная цилиндри­
ческая трубка была разработана фирмой «Сименс-Гальске»
(ФРГ) в 1963 г. [17]. Функциональная схема трубки приведена
на рис. 15, а.
Электронный прожектор кодирующей трубки состоит из ци­
линдрического катода 1, анода 2 с кольцевой щелью 4, через
которую инжектируются электроны в область кольцевой щели 5,
внутреннего цилиндра 6 и корректирующего цилиндра 3. Пра­
ге

29. бая часть цилиндра 6 является кодовой маской, выполненной
в соответствии с кодом Грея. Электронный луч, выходящий че­
рез узкую щель 5 внутреннего цилиндра, представляет собой
расходящийся конус, угол между образующей которого и осью
цилиндра равен 62,5°.
Выйдя из кольцевой щели цилиндра 6 со средней скоростью
268 в, электроны сразу же попадают в область тормозящего
Рнс. 15. Цилиндрическая кодирующая трубка
а — функциональная схема; б — внешний aim
электрического поля, создаваемого внешним цилиндром 7. Опи­
сав траекторию, подобную показанной на рис. 15, а они вновь
достигают цилиндра 6 в области кодовой маски. Электронный
луч в целом оказывается при этом сфокусированным на по­
верхности маски и образует на ней изображение в виде узкого
кольца.
Электроны, проникшие через отверстия кодовой маски, по­
падают на коллекторы 8 и создают ток в сопротивлениях на­
грузки 9. Кодовые импульсы с сопротивлений 9 через усили­
тели 10 поступают на выход АЦП.
29

30. Изменение скорости вылета электронов Из щели 5 цилиндра
6 приводит к перемещению кольцевого изображения щели по
поверхности кодовой маски вдоль оси цилиндра. Этот эффект
используется для осуществления процесса аналого-цифрового
преобразования сигналов. Напряжение сигнала с выхода схемы
АИМ-2 (11) прикладывается к катоду трубки, изменяя раз­
ность потенциалов между катодом 1 и цилиндром 6 и тем са­
мым начальную скорость электронов в зоне торможения. Пол­
ное перемещение кольцевого изображения из одного края маски
в другой ее край достигается при изменении потенциала катода
на 65 в. Потенциалы внутреннего и внешнего цилиндров в про­
цессе работы трубки остаются неизменными.
Линейность амплитудной характеристики кодирующей
трубки в целом обеспечивается нелинейным выполнением ко­
довой маски, которое компенсирует нелинейный характер за­
висимости между положением изображения на цилиндре 6 и
величиной мгновенного напряжения кодируемого сигнала, при­
ложенного к катоду 1. Кроме того, для этой же цели отноше­
ние диаметров внешнего и внутреннего цилиндров трубки при­
нято достаточно большим (около 7,5).
Хорошая фокусировка луча в области маски достигается
малым углом раствора луча при выходе его из цели (менее 3°),
возможностью точной1 установки оптимального значения угла
фокусировки (62,5°), выполняемой с помощью корректирую­
щего цилиндра 3, малым пространственным зарядом в фокуси­
рующем пространстве (ток луча не превышает 200 мка) , а так­
же прецезионной сборкой электронного прожектора.
Коллекторный узел трубки состоит из 8 стержней (8), рас­
положенных под отверстиями маски и. экранированных друг от
друга защитными перегородками (рис. 15,а). Межколлектор­
ная емкость не превышает 0,5 пф при емкости коллектора каж­
дого разряда на землю, равной 7 пф. Паразитная вторичная
эмиссия электронов с поверхности маски на коллектор устра­
няется тем, что потенциал коллекторов принят более низким,
чем потенциал кодовой маски.
Трубка помещена в цилиндрический стеклянный баллон и
закреплена на слюдяных шайбах. Внутренняя поверхность бал­
лона имеет проводящее покрытие 7, выполняющее роль одной
из обкладок цилиндрического конденсатора. В рабочем режиме
потенциал этой обкладки близок к потенциалу земли. Цилиндр-
маска 6 диаметром около 8 мм выполнен из тантала.
Коллекторные стержни сделаны из материала, обладающего
вторичной эмиссией, так что вместе с частью цилиндра 6 они
образуют каскад электронного умножения. Благодаря этому
коллекторный'ток трубки почти в 2,5 раза превышает ток луча
и равен 25 мка на разряд.
Управление величиной тока электронного луча произво­
дится изменением потенциала на аноде 2. Разность потенциа-
30

31. лов между анодом и катодом трубки в рабочем режиме не пре­
вышает 10 в при токе анода около 7 ма.
С целью экранировки трубки от воздействия на нее внеш­
них магнитных полей стеклянный баллон трубки покрыт сна­
ружи мюмегаллом.
Внешний вид кодирующей трубки представлен на рис. 15,6;
ее диаметр 250 мм, вес 300 г.
Основное преимущество цилиндрической кодирующей труб­
ки перед описанной выше трубкой с плоским лучом, по утвер­
ждению ее автора, заключается в том, что она работает при
низких напряжениях, проста в изготовлении и достаточно
прочна механически (полный вес внутреннего цилиндра вместе
с электронным прожектором 30 г).
Основные параметры описанных в литературе кодирующих
трубок с параллельным считыванием приведены в табл. I.
Г Л А В А В Т О Р А Я
ПАРАМЕТРЫ КОДИРУЮЩИХ ТРУБОК
И ПОСТРОЕНИЕ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
5. Параметры кодирующих трубок и их связь
с характеристиками АЦП
Кодирующая трубка, как и всякий электровакуумный при­
бор, характеризуется электрическими, конструктивными, меха­
ническими и климатическими параметрами.
На входные электроды кодирующей трубки подается на­
пряжение, подлежащее аналого-цифровому преобразованию, и
управляющие напряжения для включения (и развертки) элёк-.
тронного луча. Сигналы па выходе трубки — это токи в цепях
коллекторов, которые обычно преобразуются в напряжения на
сопротивлениях нагрузки. Электрические параметры трубки
определяют качество (точность) преобразования и характери­
зуют трубку, как нагрузку для источников преобразуемого и
управляющего напряжении или как источник сигнала для вы­
ходных цепей преобразователя.
К основным электрическим параметрам кодирующих трубок
относятся: число разрядов кода, группа параметров точности,
ширина зоны квантования, ширина зоны ограничения, ширина
зоны развертки, величины токов коллекторов, амплитуда им­
пульса включения луча, минимальная длительность импульса
включения луча, крутизна коллекторной, характеристики, уро­
вень наводок на коллекторе, напряжения на электродах, токи
электродов, допустимые изменения напряжения на электродах,
31

32. емкость модулятора, емкость отклоняющих электродов, емкость
электродов развертки, емкости коллекторов, межколлекторные
емкости.
Большинство электрических параметров трубки определяется
по квантующей, амплитудной, модуляционной и переходной
характеристикам.
Квантующая характеристика кодирующей трубки — это кван­
тующая характеристика АЦП, все узлы которого (кроме
трубки) работают идеально. Номер кодовой группы опреде­
ляется значениями токов коллекторов. Если ток коллектора
разряда превышает половину своего максимального значения,
то послекодовое устройство стандартизации импульсов данного
разряда формирует кодовый импульс. Квантующая характери­
стика трубки, как и квантующая характеристика АЦП, имеет
вид лестничной кривой (рис. 3).
По квантующей характеристике определяется ряд парамет­
ров трубки, от которых зависит точность аналого-цифрового
преобразования: число разрядов кода (количество кодовых
групп), отклонения границ шагов квантования, обусловленные
инструментальными ошибками (Л,- на рис. 3), и ширина зоны
ограничения (t/Vpi на рис. 3).
Ширина зоны квантования определяется как алгебраическая
разность между напряжениями на входе трубки, соответствую­
щими максимальному и минимальному номерам кодовых групп
(Uк на рис. 3). Ширина зоны квантования в лучших образцах
кодирующих трубок составляет 60—100 в. Такой размах пре­
образуемого сигнала на входе трубки должен обеспечить пред-
кодовый усилитель. Нагрузкой усилителя является емкость от­
клоняющих электродов трубки.
Шаг квантования б связан с шириной зоны квантования и
числом разрядов кода п соотношением: 6= Uu/(2n—2).
По аналогии с другими электроннолучевыми приборами ко­
дирующие трубки иногда характеризуют чувствительностью от­
клоняющих электродов, которая равна: Л= бп/б, мм/в, где бп—
приведенный шаг квантования, который равен величине линей­
ного смещения луча по кодовой маске при изменении напря­
жения на отклоняющих пластинах на значение, равное шагу
квантования.
Коллекторная амплитудная характеристика (рис. 16) отобра­
жает зависимость тока коллектора /-го разряда (/,) от напря­
жения на отклоняющих электродах трубки (ивх).
При линейном изменении входного напряжения электронный
луч перемещается по маске (рис. 16) и ток коллектора после­
довательно принимает максимальные и минимальные значения.
Количество максимальных значений тока т. равно числу от­
верстий в кодовой маске для данного разряда кода. Для кода
Грея (рис. 2) значение т. связано с номером разряда кода /
соотношением m=2j~z.

33. Полезный сигнал на выходе трубки —это разность между
максимальными и минимальными значениями коллекторного
тока [(Д/ji) макс на рис. 16]. Чем больше эта разность, тем мень­
шее усиление требуется от послекодовых усилителей, подклю­
ченных к коллекторам трубки. Иногда максимальные и мини­
мальные значения тока данного коллектора не постоянны, т. е.
имеет место неравномерность коллекторного тока.
Величина тока коллектора определяется как среднее значе­
ние разности между максимальными и минимальными значе­
ниями.
Амплитуда импульсов напряжения на выходе трубки зависит
не только от тока коллектора, но и от значения сопротивления
нагрузки в его цепи. Емкость коллектора трубки совместно
Разряд кодовой маски
— гц
V.
п П
ш
h
до
&
ь. г
№ |дщг __рДЦДх)максUjlfm
Рис. 16. Коллекторная амплитудная характеристика
с входной емкостью послекодового усилителя ограничивают ве­
личину сопротивления нагрузки и тем самым усложняют после-
кодовыс цепи АЦП.
Крутизной коллекторной характеристики /'-го разряда в об­
ласти t-й границы будем называть отношение приращения кол­
лекторного тока (Д1ц) к вызвавшему его приращению напря­
жения на отклоняющих пластинах АнПх, определяемое при по­
ложении луча в зоне i-й границы шага квантования:
При изменении положения луча на маске крутизна коллек­
торной характеристики не остается постоянной, обычно в центре
маски она больше, чем на краях. При расчетах используется
среднее значение крутизны:
Чем выше крутизна характеристики, тем проще выполнение
послекодовых цепей, которые усиливают импульсы напряжения
33

34. на выходе трубки и производят их стандартизацию по ампли­
туде, форме и временному положению (см. гл. 5).
Амплитудная характеристика послекодовой цепи приведена
на рис. 17. Увеличение крутизны характеристики позволяет до­
пустить большую нестабильность положения порога срабаты­
вания устройства стандартизации импульсов по амплитуде.
Модуляционная характеристика трубки отображает зави­
симость токов коллекторов от напряжения на модулирующем
электроде при условии полного попадания луча в отверстие
кодовой маски. По этой характеристике определяется амплитуда
импульса включения луча, который переводит трубку из запер­
того состояния в номинальный режим. Амплитуда импульса
и емкость модулятора определяют требования к устройству
формирования импульсов включе­
ния луча трубки.
Переходная характеристика
катодно-модуляторного узла мо­
жет быть получена при подаче иа
модулятор единичного перепада
напряжения и контроля формы им­
пульса тока в цепи коллектора.
Минимальная длительность им­
пульса включения луча трубки
равна удвоенному времени нара­
стания переходной характеристики
(время установления тока коллектора). Чем меньше длитель­
ность этого импульса, тем выше может быть скорость пре­
образования и частота опробования и тем более широко­
полосный сигнал может быть преобразован трубкой.
Наводки на коллектор с соседних коллекторов (через меж­
коллекторные емкости), а также наводки с модулятора и от­
клоняющих пластин полностью определяются конструкцией
трубки и, накладываясь на полезный сигнал, ухудшают точность
преобразования. Наводки характеризуются уровнем перемен­
ного напряжения в цепи коллекторов, когда луч трубки вы-
. ключей, а на отклоняющие электроды и модулятор поданы
высокочастотные напряжения, соответствующие рабочему ре­
жиму.
В кодирующих трубках с последовательным считыванием
ширина зоны развертки определяет размах пилообразного на­
пряжения, который должен обеспечить генератор развертки
(12 на рис. 9,а). Нагрузкой генератора является емкость элек­
тродов развертки.
Допустимые изменения напряжений на электродах трубки
обычно определяются исходя из сохранения параметров точ­
ности и совместно с напряжениями и токами электродов обус­
лавливают требования, предъявляемые к источникам питания
трубки.
34
«Дм
Шмш, (Ij U c
Рис. 17. Амплитудная характе­
ристика послекодовой цепи

35. Обобщенная блок-схема АЦП с кодирующей трубкой пред­
ставлена на рис. .18. Временные диаграммы, иллюстрирующие
работу блок-схемы при числе разрядов кода л=3, приведены
на рис. 19.
Сигнал поступает на вход устройства АИМ-2, в котором
производится дискретизация сигнала во времени (опробование)
и запоминание опробованных значений преобразуемого сигнала.
В результате этих операций непрерывный сигнал (а на рис. 19)
преобразуется в сигнал ступенчатой формы (в на рис. 19).
После усиления в предкодовом усилителе 3 сигнал подается
на отклоняющие электроды кодирующей трубки 5. Предкодо-
Рнс. 18. Обобщенная блок-схема АЦП с коди­
рующей трубкой
I — устрпЛстио ЛИМ-2; 2 — сннхрогенератор; 3 —
прсдкодопый усилитель; 4 — устройств формнроиа-
HIIH нмпу.пьсои включения луча; 5 — кодирующая
трубка; С|—6п— лослекодовые усилители; 7i—1п — уст­
ройств стандартизации импульсов
Рис. 19. Временные диа­
граммы к рис. 18.
вый усилитель увеличивает максимальный размах сигнала на
выходе устройства АИМ-2 до значения ширины зоны кванто­
вания трубки. Требования к переходной характеристике усили­
теля определяются допустимыми искажениями вершины им­
пульсов проб сигнала, а требования к линейности амплитудной
характеристики зависят от необходимой точности аналого-циф­
рового преобразования.
На модулятор трубки поступают импульсы включения луча
(рис. 19,а), сформированные в устройстве-^. Длительность этих
импульсов зависит от частоты опробования, определяется вели­
чиной спада плоской части импульсов АИМ-2 на отклоняющих
пластинах трубки и должна превышать минимально допустимое
значение.
Кодовые импульсы на сопротивлениях нагрузки коллекторов
(д{—д3 на рис. 19) усиливаются послекодовыми усилителями
б]—6„. После усиления кодовые импульсы каждого разряда

36. параметрыкодирующейтрубки
Рис. 20. Схема связи параметров АЦП с параметрами трубки
/ — устроПство АИМ-2; 2 — продкодовыП усилитель; 3 — устроПстпо формирования им­
пульса включения луча; 4 — послекодовые усилители; 6 — устроЛстоа стандартизации
’ ИМПУЛЬСОВ

37. поступают на устройства 7—7п, которые осуществляют стан­
дартизацию импульсов по амплитуде, форме и временному по­
ложению. Именно эти устройства окончательно завершают про­
цесс амплитудного квантования аналогового сигнала (ei—е3 на
рис. 19), выполненный, в основном, кодирующей трубкой.
Работой преобразователя управляет последовательность им­
пульсов (или синусоидальное напряжение) от синхрогенера­
тора 2 (рис. 19,6). В случае необходимости для этой цели мо­
жет быть предусмотрена внешняя синхронизация.
При использовании в АЦП кодирующей трубки с последова­
тельным считыванием на вторую пару отклоняющих пластин
подается пилообразное напряжение развертки от специального
генератора (12 на рис. 9,а). Сигнал квантуется по амплитуде
при помощи усилителя обратной связи (11 на рис. 9,а). Этот
процесс был подробно описан в гл. 1. Так как кодовые им­
пульсы на выходе трубки разделены в таком АЦП во времени,
то в отличие от рис. 18 предусматривается только одна цепь
послекодовон обработки сигнала (послекодовый усилитель и
устройство стандартизации импульсов).
Параметры кодирующей трубки оказывают решающее влия­
ние на параметры АЦП. Некоторые из них прямо определяют
эти параметры. Влияние других параметров зависит от каче­
ства выполнения узлов преобразователя [21].
Взаимосвязь некоторых параметров трубки, параметров
узлов и параметров АЦП в целом иллюстрирует рис. 20. Так,
число разрядов кода непосредственно влияет на точность АЦП.
Степень влияния таких параметров трубки, как величины то­
ков коллекторов, значения коллекторных и межколлекторных
емкостей, зависит еще и от параметров послекодовых усилите­
лей. Влияние крутизны коллекторной характеристики на точ­
ность преобразования и параметры кодовых импульсов АЦП
определяется качеством выполнения устройств стандартизации
импульсов.
6. Связь параметров трубки с ее конструкцией
Формирование электронного луча в кодирующих трубках
производится электронно-оптической системой, в принципе не
отличающейся от аналогичных систем, используемых в осцил-
лографических трубках. Электронный луч на кодовой маске
образует пятно круглого (или прямоугольного) сечения. Требо­
вания к степени фокусировки электронного луча кодирующих
трубок весьма высоки. Например, электронно-оптическая си­
стема кодирующей трубки, описанной в [14], позволяет получить
плоский луч толщиной 0,05 мм и шириной 12,7 мм при токе
125 мка.
При данном максимальном значении тока коллектора кру­
тизна коллекторной характеристики S полностью определяется
37

38. Толщиной эЛектронНогб Луча dn и чувствительностью отклоняю­
щих электродов Л. Обычно
«Л
~ (0,7 -ч-1) — .
S v h
Значение отношения /иакс/5 в дальнейшем будет часто встре­
чаться (в гл. 5). Эта величина может быть определена по кол­
лекторной амплитудной характеристике трубки. Как следует из
рис. 16, в том случае, когда
толщина электронного луча
меньше отверстия маски,
она будет пропорциональна
изменению напряжения на
отклоняющих пластинах
(Дивх)мако, в результате ко­
торого ток коллектора из*
меняется от минимального
до максимального значения.
Обычно в кодирующих труб­
ках отношение
-^*рЕ.«(0,4-*-2)8. (2)
На рис. 21 приведены
амплитудные коллекторные
характеристики младшего разряда кода Грея для различных
значений толщины луча йл при равномерной плотности тока.
Если толщина луча меньше двух приведенных шагов квантова­
ния (26п), то все электроны луча через отверстия маски попа­
дают на коллектор и минимальный ток коллектора равен нулю
(рис. 21,6). Если толщина луча больше двух приведенных ша­
гов квантования, то разность между максимальным и мини­
мальным токами коллектора может уменьшиться (рис. 21,в).
При ^л=46п ток младшего разряда при перемещении луча
по маске не изменяется. При ^л>46п зависимость тока коллек­
тора от отклоняющего напряжения не соответствует коду
(рис. 21,г).
При значениях толщины луча, не превышающих четырех
приведенных шагов квантования, путем включения на выходе
разряда устройства стандартизации импульсов по амплитуде
можно получить зависимость напряжения на выходе устройства
от напряжения на отклоняющих электродах вида, показанного на
рис. 21,а. Однако увеличение толщины луча свыше двух прит
веденных шагов квантования крайне нежелательно, так как при
i*
1= d„-0
/ (
!
* /
Г~
djj<2Sn
| 28я<йл<45п
1
-------1-----Uflr
Рис. 21. Коллекторные амплитудные ха­
рактеристики n-го разряда трубки при
различной толщине луча

39. этом уменьшается средний ток коллектора и, как будет пока­
зано в гл. 5, ухудшается точность преобразования.
Трудности фокусировки электронного луча возрастают
с увеличением плотности тока. Поэтому для увеличения кол­
лекторных токов иногда используют вторично-электронное
умножение тока луча разряда. Но неравномерность вторичной
эмиссии различных участков эмиттеров приводит к неравно­
мерности коллекторных токов, что также является причиной
ухудшения точности преобразования.
Известное выражение, связывающее чувствительность элек­
троннолучевых осциллографических трубок с размерами и рас­
положением отклоняющих пластин [22],
h = —/z-£-, мм/в
2gU„
применительно к кодирующим трубкам примет вид:
откуда
и _ 2gUai (2я — 2) оп
к IZQ
(3)
Здесь: UK— ширина зоны квантования; g — расстояние между
отклоняющими пластинами; 11я2— напряжение на втором аноде;
п — число разрядов кода; 6»— величина приведенного шага
квантования; / — длина отклоняющих пластин; Z0— расстояние
между кодовой маской и центром отклоняющих пластин.
Выражение (3) показывает, что ширину зоны квантования
можно уменьшить увеличением длины отклоняющих пластин,
расстояния между ними и маской, а также уменьшением на­
пряжения па втором аноде и расстояния между пластинами.
Но эти возможности ограничены, так как с уменьшением на­
пряжения на втором аноде уменьшаются токи коллекторов и
ухудшается фокусировка луча. Ухудшает фокусировку и уве­
личение длины трубки. При увеличении длины пластины и со­
кращении расстояния между ними возрастает емкость между
пластинами и ограничивается допустимое отклонение луча
(электроны луча начинают попадать на пластины). Уменьшение
ширины зоны квантования путем уменьшения размеров маски
связано с повышением требований к степени фокусировки луча
и точности ее выполнения. Некоторое уменьшение ширины зоны
квантования можно получить, используя непараллельные от­
клоняющие пластины и электроды послеускорения. Оптимальное
сочетание всех перечисленных мер позволяет уменьшить ширину
зоны квантования примерно до 60 в, но при этом среднее зна­
чение токов коллекторов снижается до 5 мка [14].

40. Модуляционная и переходная характеристики трубки зави­
сят от конструкции катодно-модуляторного узла: расстояния
между катодом и модулятором, их размеров, конфигурации от­
верстия модулятора, конструкции выводов. В кодирующей
трубке, описанной в {14], расстояние между катодом и модуля­
тором составляет около 0,112 мм, амплитуда импульса включе­
ния луча 12 в, емкость модулятора— 16 пф. Переходная ха­
рактеристика трубки такова, что ее возможно использовать при
частоте дискретизации сигнала до
25 мгц.
При увеличении числа разрядов
кода количество кодовых групп, ото­
браженных на маске, должно быть
увеличено. Если приведенный шаг
квантования (в мм) остается при
этом постоянным, то увеличиваются
размеры маски и, следовательно, ши­
рина зоны квантования. При умень­
шении шага квантования высота от­
верстий маски сокращается и трубка
должна иметь лучшую фокусировку
электронного луча. Величины коллек­
торных токов при этом уменьшаются.
Поэтому в многоразрядных кодирую­
щих трубках размеры отверстий
младшего разряда маски составляют
доли миллиметра (до 0,2).
Увеличение ширимы зоны ограни­
чения в трубках с кодом Грея (рис. 2)
требует продления отверстия стар-
щего (первого) разряда кода. Обычно
в трубках отверстие старшего раз­
ряда продлевается на 10—30 шагов квантования. Дальней­
шему расширению зоны ограничения препятствует попадание
электронов луча на отклоняющие пластины. Увеличение рас­
стояния между пластинами нежелательно из-за увеличения
ширины зоны квантования.
На точность аналого-цифрового преобразования, кроме
числа разрядов кода и ширины зоны ограничения, оказывают
влияние инструментальные ошибки, т. е. ошибки, допущенные
в процессе изготовления кодирующей трубки. Отклонения гра­
ниц шагов квантования квантующей характеристики трубки за­
висят от точности изготовления и установки кодовой маски,
неравномерности коллекторных токов, межэлектродных емко­
стей. На рис. 22 приведен участок кодовой маски в системе
координат x—y—z.
Направление оси у совпадает с направлением перемещения
электронного луча в области кодовой маски под действием от-

41. клоняющёго напряжения. Ось z перпендикулярна плоскости Ко­
довой маски, ось х параллельна плоскости маски.
Точность изготовления маски по оси у (Дщ на рис. 22) оп­
ределяется точностью выполнения размеров а маски и взаим­
ным расположением отверстий различных разрядов. Возникаю­
щее по этой причине отклонение границы шага квантования:
к = До*. (4)
В многоразрядных кодирующих трубках необходимая точ­
ность выполнения маски измеряется микронами. Так, при
6ц=0,1 мм и допустимом отклонении границ 0,1бп допуск на
изготовление отверстий маски не должен превышать ±10 мк.
Погрешности выполнения маски по оси х (отклонения ши­
рины отверстий от номинальных значений Д6* на рис. 22) также
Рис. 23. Отклонение границы шага квантования при изме­
нении ширины отверстия маски
могут быть сведены к эквивалентным отклонениям границ ша­
гов квантования квантующей характеристики трубки.
Если луч находится в зоне границы шага квантования
(рис. 23), то изменение размера Abi приводит к изменению тока
коллектора, которое воспринимается устройствами на выходе
трубки как отклонение границы шага квантования.
Предположим, что отверстие маски выполнено правильно и
центр луча совпадает с границей отверстия, ток коллектора при
этом равен I. Увеличение ширины отверстия на Abi приведет
гАЬ(
к увеличению тока коллектора на величину ! — •
При равномерной плотности луча это изменение тока может
быть скомпенсировано отклонением луча на величину:
АЬ1(1Л
к ------7 Г (5)
Требования к точности выполнения маски по оси х примерно
на порядок ниже, чем по оси у, так как отношение d„/2b значи­
тельно меньше единицы.
Действительно, отклонение границы составляет около 0,1 6П
при значении 6= 0,5 мм и A6i=0,l мм (с?л=бп).
41

42. Поворот маски вокруг оси z (рйс. 24) (или перенос луча пб
отношению к оси х), если разряды кодовой маски расположены
в соответствии с таблицей кода (рис. 2), приводит к отклоне­
ниям границ шагов квантования, пропорциональным номерам
разрядов кода. Из рис. 24 отклонения границ шага квантования
при повороте маски на угол az вокруг точки пересечения оси .*
с осью п-го разряда (tgaz= a z)
определяется как:
hi = Ф-be)а,,
= 3(6 -f с) аг.
Чем больше расстояние между
разрядами, определяющими сосед­
ние границы, тем значительнее от­
клонения границ. Поскольку наи­
большее количество границ опре­
деляется младшими разрядами
кода, эти разряды должны быть
расположены как можно ближе
друг к другу. По этой причине
в кодирующих трубках используют
следующий порядок чередования
кодовой маски:
..,( /* — 3), (л — 1), п, (п — 2),
( я - 4 ) , . . (6)
В этом случае отклонение 1-й
границы, определяемой j-м раз­
рядом кода, будет
h-ij — F (/') (b -Ь с) ссг, (7)
Рис. 24. Отклонения границ
при повороте маски вокруг
где F(j ) функция, значения которой зависят от номера раз­
ряда (/) и взаимного расположения разрядов на маске. Значе­
ния функции приведены в табл. 2.
Таблица 2
Число
Номер разряда кода (/)
разрядов
кода (л) 1 2 3 4 5 с 7 8 9 10
7 — 3 3 — 2 2 — 1 1 0
8 — 4 3 — 3 '2 — 2 1 1 0 — —
9 — 4 4 — 3 3 - 2 2 — 1 1 0 —
10 — 5 • 4 — 4 3 — 3 2 — 2 1 — 1 0
Расчеты показывают, что для обеспечения приемлемых зна­
чений отклонений границ угол а* не должен превышать не­
скольких минут. Так, для границы шага квантования, определяе-
42

43. мой четвертым разрядом кода в девятиразрядной трубке,
У7(у) = 3, при 6= с= 56п= 0,5 мм отклонение границы составит
около 0,16„ при «2= 10'.
Обеспечить такую высокую точность сборки и ее устойчи­
вость во времени практически невозможно, поэтому в многораз­
рядных кодирующих трубках предусматривается электрическая
коррекция положения электронного луча по отношению к оси х,
как это показано на рис. 13, а. Для уменьшения отклонений
границ следует также сокращать размеры b и с кодовой маски.
Поворот маски вокруг оси у (oj,) приводит к изменению рас­
стояния между отклоняющими пластинами и разрядами маски,
за счет чего появляется пе­
рекос луча по отношению
к оси х, значение которого
равно:
Za
В отличие от поворота
маски вокруг оси z отклоне­
ние границ шагов квантова­
ния будет зависеть не только
от номера разряда (/), но и
от номера границы (г).
В этом случае расположение
разрядов кода в соответствии с (6) также ведет к повышению
точности кодирования. Отклонение i-й границы шага кванто­
вания, определяемое } разрядом, будет
Рис. 25. К определению отклонения гра­
ниц при повороте маски вокруг оси х
Zo
Точность установки маски по оси у может быть примерно
на порядок ниже, чем по оси г. Так, в девятиразрядной трубке
для границы шага квантования, определяемой четвертым раз­
рядом кода F(j) =3, при Ь= с= 5 и 6/Zo=6* 10~4 отклонение гра­
ницы составит около 0,1бп при ау=3°.
Поворот маски вокруг оси х приводит к нелинейному от­
клонению луча по оси у. Из геометрических построений на
рис. 25, где изображено правильное (по оси у) и повернутое
на угол а» положение маски, можно составить уравнение:
fin + hi __ ______tfjn______
S1"(JL + *) .h. ( - i - T +
где /бп— положение луча на маске при а*=0; i6n+ ^ t— положе­
ние луча на маске при 0* ^ 0; Y — угол отклонения луча.
43

44. После несложных преобразований, учитывая, что tg ^ —i6nJZ0,
а при малых значениях ах sin ах^ а х и cosa.-c«l, получим
+ hi Z0
отхула 22
(9)
Например, при 6„/Zo=6 • Ю-4 отклонение сотой границы не
превысит 0,1 бп, если маска повернута на угол ах= 1°.
Таким образом, высокие требования к точности изготовления
и сборке элементов трубки делают многоразрядные кодирую­
щие трубки, пожалуй, самыми точными из всех современных
электроннолучевых приборов. Если высокое быстродействие
трубки принципиально обеспечивается малой инерционностью
электронного луча, то точность аналого-дискретного преобразо­
вания обеспечивается точностью изготовления и юстировки де­
талей трубки.
7. Варианты построения АЦП
Впервые кодирующие трубки с последовательным считыва­
нием [9] были применены в экспериментальной системе радиоре­
лейной связи с ИКМ для преобразования разделенных во вре­
мени 96 телефонных сигналов [10]. Блок-схема этого АЦП при­
ведена на рис. 26.
Телефонные сигналы через фильтры нижних частот Л—1т
совместно с синхроимпульсами от распределителя 3 подаются
на входы устройства объединения каналов 2. В этом устройстве
производится дискретизация телефонных сигналов во времени
и объединение их в единый групповой импульсный сигнал.
Пробы группового сигнала поступают на компрессор мгновен­
ного действия 4, наличие которого позволяет уменьшить число
разрядов кода (см. гл. 4). После запоминания значений проб
сигнала и превращения их в прямоугольные импульсы (в уст­
ройстве 5) групповой сигнал усиливается усилителем 6 и подается
на пластины вертикального отклонения кодирующей трубки 10.
К горизонтальным пластинам трубки подключен генератор раз­
вертки 8. В цепь квантующей сетки включен усилитель 9. Им­
пульсы,' включающие луч трубки, формируются устройством 7.
Кодовые импульсы на выходе трубки усиливаются усилите­
лем 11 и стандартизуются устройством 12.
В настоящее время наибольшее распространение получили
АЦП, использующие кодирующие трубки с параллельным счи­
тыванием. Типовая блок-схема такого преобразователя не отли­
чается от блок-схемы, приведенной на рис. 18. В подобном АЦП
возможно включение устройства АИМ-2 после предкодового
44

45. усилителя. В этом случае полоса пропускания усилителя может
быть значительно сужена, но максимальная амплитуда импуль­
сов на выходе устройства АИМ-2 теперь должна быть равна
ширине зоны квантования трубки (60—200 в).
В АЦП с кодирующей трубкой параллельного считывания
наличие схемы АИМ-2 в принципе не является обязательным,
опробование сигнала может осуществляться в самой кодирую­
щей трубке. При этом время включения луча трубки должно
быть таким, чтобы сигнал на отклоняющих пластинах не успел
измениться более чем на один-два шага квантования (см. гл.4).
Устройство формирования импульсов соответственно услож­
няется и повышаются требования к переходной характеристике
Рис. 26. Блок схема многоканального АЦП на трубке с последовательным
считыванием
катодно-модуляторного узла трубки. Уменьшение длительности
импульсов на выходе трубки приводит к усложнению послеко-
довых цепей преобразователя.
Возможно такое построение блок-схемы АЦП, при котором
дискретизация сигнала во времени производится после ампли­
тудного квантования и кодирования (рис. 27). Луч кодирующей
трубки включен постоянно и под действием напряжения на от­
клоняющих пластинах трубки перемещается по маске. Длитель­
ность импульсов на коллекторах трубки зависит от характера
изменения преобразуемого сигнала и номера разряда кода, кру­
тизна фронтов определяется толщиной луча и скоростью изме­
нения сигнала, амплитуда —током коллекторов. Импульсы на
выходе устройств 5i—5П представляют собой цифровое выраже­
ние квантованного по амплитуде сигнала. Эти импульсы совме­
стно с короткими импульсами считывания от устройства форми­
рования 2 подаются иа входы схем совпадений 61—6п.
Преимуществом рассмотренной блок-схемы является полное
исключение влияния переходной характеристики- трубки на
45

46. быстродействие АЦП. Скорость преобразования определяется
прежде всего широкополосностыо послекодовых цепей и это
обстоятельство оказывается лимитирующим фактором. Такое
построение АЦП может быть рекомендовано в том случае,
когда используемая кодирующая трубка имеет неудовлетвори­
тельную переходную характеристику катодно-модуляторного
узла или высокий уровень наводок на коллекторы.
В ядерной физике и радиолокации часто оказывается необ­
ходимым преобразовать в цифровую форму амплитуду одиноч­
ных коротких импульсов. Наиболее сложным является случай,
когда не известно ни время появления импульса, ни его дли­
тельность.
Для преобразования в цифровую форму амплитуд случайной
последовательности импульсов может быть использован АЦП
с трубкой, блок-схема которого приведена на рис. 28, а. На
рис. 28,6 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие
формирование импульса включения луча трубки. Буквы, обозна­
чающие диаграммы, соответствуют точкам блок-схемы на
рис. 28, а. Импульс включения луча формируется из импульса,
амплитуда которого преобразуется в код.
Входные импульсы после усиления 1 подаются на вход уси­
лителя-ограничителя 2 и схемы дифференцирования 3. В схеме
инверсии 6 изменяется полярность отрицательных импульсов,
полученных в результате дифференцирования. На схему за­
прета 5 подается ограниченный по амплитуде импульс от схемы
2 и импульсы от устройства 6. Схема запрета 5 {24] реализует
логическую операцию, в результате которой импульс на выходе
схемы формируется только в том случае, когда поступает им­
пульс от усилителя-ограничителя 2 и отсутствует импульс от
устройства 6.
'синхронизации
Рис. 27. Блок-схема АЦП с послекодовым считыванием
I — прсдкодовыЛ усилитель; 2 — устроЛство формирования импульса
считывания; 3 — кодирующая трубка; 4,—*п — послекодовые усилите­
ли; 5|—5Д— устройства стандартизации импульсов; 6х—6п — схемы сов­
падения («И»)
46

47. На выходе схемы 5 формируются импульсы включении луча
трубки. Линия задержки 4 предназначена для компенсации за­
держки схемы формирования (устройства 3, 6 и 5) так, чтобы
включение луча кодирующей трубки 7 производилось в тот мо­
мент времени, когда напряжение на ее отклоняющих пластинах
соответствует амплитуде преобразуемого импульса. Кодовые
импульсы на выходе трубки проходят через послекодовые уси­
лители 8 и стандартизуются по амплитуде и временному по­
ложению в устройствах 9.
Рнс. 28. АЦП для преобразования амплитудных значений случайной
последовательности импульсов
а — блок-схема; б — временные диаграммы
Применение кодирующих трубок позволяет значительно по­
высить точность и скорость амплитудного анализа аналоговых
сигналов. Анализируемый сигнал подается на вход аналого-
цифрового преобразователя, блок-схема которого приведена на
рис. 18. Каждый из выходов преобразователя (1+-я) соединяется
со входом схемы, реализующей операцию эквивалентности, или
отрицания равнозначности [24]. На выходе такой схемы им­
пульсы появляются только при одновременном наличии (или
отсутствии) импульсов на обоих входах, т. е.
0+0=1
0+0=0
1+0=0
1+ 1= 1.
Вторые входы схем через электронные ключи соединяются
с синхрогенератором (2 на рис. 18). Ключами устанавливается
кодовая группа, вероятность появления которой надо опреде­
лить.
На всех выходах схем отрицания равнозначности одновре­
менно импульсы появятся только в том случае, когда кодовая
47

48. fpyiina на выходе АЦП соответствует заданному положению
ключей. Выходы схем отрицания равнозначности соединены
с логической схемой «И»; количество импульсов на выходе
схемы «И» подсчитывается счетчиком. Таким образом опреде­
ляется частота появления заданной кодовой группы, которая
используется для расчета вероятности появления интервала
мгновенных значений исследуемого сигнала.
Описанные блок-схемы лишь иллюстрируют возможности
использования кодирующих трубок для построения быстродей­
ствующих АЦП и отнюдь не охватывают все случаи их при­
менения.
Г Л А В А Т Р Е Т Ь Я
ТО ЧН О СТЬ П РЕО Б РА ЗО В А Н И Я
8. Параметры точности АЦП и кодирующих трубок
Точность реализации процесса преобразования сигналов из
аналоговой формы в цифровую является важнейшей характе­
ристикой кодирующих трубок и преобразователя в целом, зна­
ние и учет которой необходимы
на всех этапах проектирования,
изготовления и эксплуатации
трубок и преобразователей.
Чтобы определить точность
работы АЦП, нужно сравнить
сигнал на входе АЦП с сигна­
лом на его выходе, переведя
последний из цифровой формы
в аналоговую. Фактическое или мысленное использование цифро-
аналогового преобразователя (ЦАП) для оценки степени искаже­
ния сигналов в АЦП является обязательным.
Математическая модель тракта АЦП—ЦАП, пригодная для
теоретического анализа искажений сигналов в АЦП, приведена
на рис. 29. В этой модели механизм дискретизации сигналов
во времени представлен в виде передающей и приемной части
амплитудно-импульсного модулятора. Квантующее устройство
модели в обобщенном виде представляет те части АЦП и ЦАП,
которые осуществляют квантование проб сигнала (импульсов
АИМ) по амплитуде, кодирование этих проб и обратное пре­
образование кодовых групп в последовательность квантованных
проб (импульсов АИМ).
Степень искажения сигналов в идеальном АЦП полностью
характеризуется числом шагов квантования (2П—1) или раз­
рядностью используемого кода (п).
48
и, иг(им(.,).0
----оивых
Рис. 29. Модель тракта АЦП —ЦАП
1 — передающая часть амплитудно-им­
пульсного модулятора; 2 — квантующсо
устройство; 3 — приемная часть амплитуд-
по-нмпульсного модулятора

49. В реальном преобразователе под действием различного рода
паразитных факторов сдвигаются границы шагов квантования
со своих теоретически правильных положений (рис. 3). Это ве­
дет к увеличению погрешности преобразования сигналов.
Под ошибкой преобразования Д в первом приближении
можно понимать разность между значениями входного и выход­
ного сигналов квантующего устройства: А= £/2—U.
Составляющими ошибок преобразования являются ошибки:
А. методические ДЛ; Б. инструментальные Аб; В. дрейфа Дв;
Г. из-за шумов и наводок Дг- Д. динамические Дд.
Каждая из них обладает специфичными свойствами, причи­
нами появления и мерами, которые следует предпринимать для
ее минимизации.
Методические ошибки обусловлены конечной разрядностью
п аппарата квантования. Они имеют теоретически обязатель­
ный характер. При любом конечном п ошибки этой группы не
равны нулю, несмотря на идеально точное выполнение всех
узлов АЦП. Но Дл->0 при н-*со. Методические ошибки лю­
бого преобразователя постоянны во времени и зависят лишь
от Ui.
В группу инструментальных ошибок входят ошибки, обуслов­
ленные различного рода погрешностями, допущенными в про­
цессе изготовления и настройки АЦП. У данного экземпляра
преобразователя они постоянны во времени. Их величина яв­
ляется функцией U.
Шесть основных вариантов искажения квантующей харак­
теристики инструментальными ошибками показаны на рис. 30.
В первом случае А смещены границы перехода кодовых
групп из одной в другую; порядок чередования и их количество
сохранилось неизменным. В случае Б изменился порядок чере­
дования групп. В случае В имеет место выпадение одной (или
нескольких) кодовых групп из числа разрешенных к исполь­
зованию. В варианте Г появилась кодовая группа в неразре­
шенной для нее части характеристики. В варианте Д имеет
место общее искривление амплитудной характеристики, при­
водящее к монотонному увеличению шагов квантования с ро­
стом U. И наконец, в случае Е одна из зон ограничения амп­
литудной характеристики имеет конечную протяженность.
В группу ошибок дрейфа входят такие ошибки, которые
обусловлены зависимостью характеристик радиокомпонентов от
условий внешней среды (температура, влажность, давление, ра­
диация и т. д.) и от времени эксплуатации радиокомпоиентов
(старение радиокомпонентов). Ошибки дрейфа изменяются во
времени весьма медленно. Для конкретного значения f/i их ве­
личина за значительный промежуток времени может считаться
постоянной.
Ошибки дрейфа фактически приводят к тому, что квантую­
щая характеристика АЦП медленно изменяется во времени.

50. 4 - V
1
/
/
- ________z
hi
Ui
J '- L
щего
6
У
у
/
CO
У
у -
8
и,
_____ '_____z
___/
7^
и,
со
У
/
/✓
/ 8
SO

51. Ошибки шумов и наводок являются следствием тепловых
флюктуаций в узлах АЦП и различного рода паразитных на­
водок.
С кодируемым сигналом эти ошибки не коррелированы, од­
нако их величина зависит от t/t. При данном значении C/t вели­
чина ошибок Дг непрерывно и относительно быстро изменяется
во времени. Среднее во времени и по Ui значение ошибок равно
нулю. Спектральный состав ошибок Дг весьма неоднороден
(в некоторых случаях основной причиной этой группы ошибок
являются паводки от сети питания переменным током, в других
случаях — наводки от тех или иных внутренних генераторов
и т. д.).
Ошибки шумов и наводок приводят к тому, что форма кван­
тующей характеристики АЦП быстро изменяется во времени;
это фактически делает невозможным экспериментальное ее
снятие.
К группе динамических ошибок относятся ошибки, возни­
кающие из-за измерения преобразуемого сигнала во времени и
обусловленные переходными процессами в послекодовых цепях
АЦП. Величина этих ошибок зависит от значения сигнала Ui
в данном цикле кодирования и в нескольких предшествующих
ему (Цц-1), £/к-2) и т.д.).При кодировании постоянного напряже­
ния (L^i(_i)=C/1(_2)= ... = Ui) динамические ошибки отсутствуют.
Итак, полная ошибка работы механизма амплитудного кван­
тования равна:
Д = Лд ((/,) + ДБ(У,) + Дв (У,, <) + Дг (У„ I) +
+ М и .' «л,-.,. (-» .••■ ) «°>
и является функцией значений сигнала в данном цикле кодиро­
вания Ult функцией времени t и функцией значений сигнала
в предыдущих циклах кодирования Оц-ц, £/к_2) и т. д. С доста­
точной степенью точности можно считать, что Д=Д(£Л, Цц-ц. О
и, следовательно, U2=U2(Ui, С/ц-р, t).
Характер функциональной зависимости Д от Ui весьма слож­
ный, имеющий около. 2п неравномерно расположенных точек
разрыва. Еще более сложный характер имеет зависимость Д от t
и U U i(—2) и т. д. Поэтому к ошибке Д следует подходить как
к величине случайной.
Для ее обобщенной оценки и, следовательно, для характери­
стики точности работы механизма квантования сигналов в АЦП
и КТ удобно использовать следующие четыре основных пара-
метра:
1) форма и положение линии средних значений квантующей
характеристики U2f)(t/i) (рис. 30, Д ); _
2) дисперсия ошибок преобразования Д2 в рабочем режиме
или средний квадрат отклонения выходного напряжения преоб­
разователя от значений, определяемых линией U2a(U)
3* 51

52. 3) дисперсия ошибок преобразования Д2о при отсутствии
сигнала;
4) максимальный разброс ошибок преобразования ДМр.
Кроме указанных, для оценки качества работы преобразо­
вателя могут использоваться различные дополнительные пара­
метры, отвечающие критериям приемлемости адресатов.
Геометрическое место точек липни средних значений U-M(Ui)
определяется как среднее значение функции Uz(Ui, t)
в окрестностях данной точки U
где A'ct/i и yczU^-i), q(U) — весовой множитель. Целесооб­
разно его значение принимать таким, чтобы
при Н= (4ч-10)6.
При использовании аналого-цифрового преобразователя для
измерительных целей линия средних значений дает полное пред­
ставление о величине систематической ошибки измерения, т. е.
такой ошибки, влияние которой на результат измерения может
быть исключено путем введения соответствующих поправок.
В телеметрии положение линии средних значений определяет
величину средней ошибки и коэффициент передачи тракта. При
преобразовании сигналов изображения (телевидение, сигналы
панорамных радиолокаторов, фототелеграфирование и т. п.) по
форме линии средних значений можно определить степень круп­
ноструктурных нелинейных искажений, которым подвергаются
преобразуемые сигналы.
Другим обобщенным параметром_точности является вели­
чина^дисперсии ошибок квантования Д2.
Д2определяется следующим образом:
_г
г
0 „ т ~ lim -f f q iU 1- x ) q i,U l - y ) U i (x. y ,t)d x d y d t,
T-001 _ т _ х у
2
(П)
2 0 2
f q (U )d U ^ , a f q(U )dU zz f q (U )d U ^ 0,5
H_ _H_ 0
2 2
2
o -
2
~ ^ ( Ui)Y dtdUn - ^ dUr ( 12)
62

53. В этой формуле p{Ui, Ui(_d) — весовой множитель, численно
равный двумерной плотности распределения мгновенных значе­
ний преобразуемого сигнала.
Разлагая Д на ее составляющие в соответствии с формулой
(10) п полагая «/«-ц, t) — UwiUi) =Д, из (12) получим
]> (« ,) [Л* -I- ЛБ+ *,]»«<£/,+ j P(W,) Й т 1 Ard dU,+
+ .f I Р ( У .. U |< - .))AX (-I)<“ /| - A « . + A,r + Ai . 0 3 )
Ul U 1 ( - 1)
гДе А л б в = А а + А б + А в -
При использовании АЦП для измерительных целей и для це­
лей телеметрии величина дисперсии ошибки преобразования со­
впадает с величиной среднего квадрата случайной составляю­
щей ошибки, т. е. такой ее составляющей, которая в процессе
измерения ие может быть определена и скомпенсирована. При
преобразовании сигналов изображения величина Д2 дает воз­
можность судить о степени искажения изображений шумами
аналого-цифрового преобразования в целом. В случае преобра­
зования телефонных сигналов средняя мощность шумов сопро-
вождения на выходе телефонных каналов пропорциональна Д2.
Третий параметр точности — дисперсия ошибки квантования
при отсутствии сигнала на входе АЦП — математически может
быть определен следующим образом:
До=Нт-±- ( [«/*(0,0, t ) - U w {0)]4t.
Т-*-оо Т "т
(14)
Величина Д2о зависит от положения квантующей_характери-
стики относительно точки начала координат. Если Д2о дополни­
тельно усреднить по множеству различных положений харак­
теристик в зоне начала координат, то окажется, что V До
пропорциональна величине шага квантования в этой зоне н
среднеквадратичному значению ошибок Дг. __
При использовании АЦП для целей измерения величина Д2о
дает представление о среднем квадрате случайной составляю­
щей ошибок при измерении слабых сигналов, т. е. о чувствитель­
ности используемого измерительного прибора. При передаче
телефонных сигналов средняя мощность шумов на выходе
53

54. приемника в режиме молчания и величина Д20связаны между со­
бой пропорциональной зависимостью.
Максимальный разброс ошибок квантования ДМр— четвер­
тый параметр точности — определяется как величина макси­
мального разброса значений сигнала иа выходе квантующего
устройства при подаче на его вход постоянного напряжения.
Согласно определению можно записать:
Дмр= ш а х |тах и г(Ult Ult t) — minU2(Ult Ult 0J- (15)
Если максимальное значение ошибок из-за шумов и наводок
Аг в несколько раз меньше шага квантования б, то можно счи­
тать, что максимальный разброс ошибок квантования опреде­
ляется размером наибольшей вертикальной ступени квантующей
характеристики, т. е. что
Дмр« max!£/,({/! + О, i/, + 0, t)- U2{Ux- О, C/x— 0, /) |.
Если же максимальное значение Дг в несколько раз превы­
шает б и слабо зависит от Uit то величина Дмр определяется
в основном величиной размаха ошибки Дг, т. е.
Дмр max Дг — min Дг.
Значение Дмр зависит от уровня ошибок из-за шумов и наво­
док. Амплитуда мгновенных значений этих ошибок в отдельные
редкие моменты времени может быть весьма велика. Поэтому
при определении величины максимального разброса по выше­
приведенным формулам необходимо иметь в виду такие значе­
ния Д, вероятность появления которых больше некоторого напе­
ред заданного значения рп, соответствующего критериям прием­
лемости, принятым получателем информации.
Величина Дмр дает возможность определить степень макси­
мального искажения сигналов на участках, где их величина не
изменяется, т. е. в условиях наилучшей наблюдаемости ошибок.
При передаче сигналов изображения Дмр характеризует со­
бой максимально возможный разброс яркостей двух элементов
изображения, яркость которых до преобразования сигнала
в АЦП была одинакова. Тем самым по величине Дмр можно су­
дить об интенсивности ложных контуров, образующихся в про­
цессе амплитудного квантования сигналов изображения.
В измерительной технике и телеметрии по величине Дмр
можно судить о максимальном значении случайной ошибки из­
мерения.
В технике радиолокации Дмр характеризует собой максималь­
ный размыв вершины импульса аппаратурной АЦП. При пере­
даче телефонных и групповых телефонных сигналов по величине
ДМр можно оценить степень равномерности спектрального рас­
пределения шумов квантования в рабочей полосе частот.
54

55. Все четыре основных параметра точности АЦП могут быть
использованы для оценки точности кодирующих трубок. При
этом под параметрами точности трубок понимаются параметры
точности такого АЦП, который основан на использовании дан­
ной кодирующей трубки и все узлы которого, кроме трубки, вы­
полнены абсолютно точно (для этих узлов Да=Дв=Д г=Д д =0).
Основными составляющими ошибки квантования Д коди­
рующей трубки являются методическая ДЛ и инструментальная
ошибки Дв- Деформация арматуры внутри трубки, и особенно ее
катодного узла, а также изменение коэффициента вторичной
эмиссии эмиттеров коллекторного узла, медленно происходящие
во времени, являются причиной появления ошибок дрейфа Дв-
Эти ошибки в известной степени могут быть скомпенсированы
повторной настройкой узлов АЦП.
Ошибки шумов и наводок Дг в кодирующих трубках возни­
кают обычно из-за неудовлетворительной магнитной и электро­
статической экранировки трубок. Динамические ошибки Дд
имеют место в основном в тех случаях, когда дискретизация сиг­
налов во времени осуществляется полностью в трубке без пред­
варительного предкодового преобразования.
9. Расчет и экспериментальное определение
параметров точности
Параметры точности трубок и преобразователя в целом од­
нозначно связаны с разрядностью используемого кода (п) и ве­
личинами, характеризующими отклонение условий работы аппа­
ратуры от идеальных. В процессе проектирования н расчета эту
связь удобно выразить через промежуточный параметр-ансамбль
величии отклонения границ шагов квантования [Л,].
Примеры установления математической связи между до­
пусками на точность установки механических деталей внутри
трубки и соответствующими значениями Л, были даны в главе 2.
Связь между основными характеристиками электрических цепей
послекодовой обработки сигнала и соответствующими значе­
ниями hi дается в гл. 5.
В настоящем параграфе устанавливается математическая
связь между значениями Л,- и четырьмя параметрами точности.
Систему отсчета порядкового номера границ в дальнейшем
примем такой, чтобы i было равно нулю для границы, располо­
женной в центре квантующей характеристики.
Если между Ы и i существует линейная связь, т. е.
hi = ao+iAh,To это.означает, что линия средних значений U2o(£/i)
в зоне квантования представляет прямую линию, положение ко­
торой несколько отличается от идеального:
(Ш)
55

56. Если в процессе расчета оказалось, что между 1ц н i суще­
ствует нелинейная монотонная связь, то это означает искривле­
ние линии средних значений и, следовательно, появление крун-
иоструктурных нелинейных искажений преобразуемого сигнала.
Основными причинами нелинейной зависимости Л,- от i яв­
ляется нелинейность амплитудных характеристик предкодового
усилителя и амплитудно-импульсного модулятора, а также не­
линейность отклонения электронного луча трубки от величины
приложенного к ее пластинам на­
пряжения.
В процессе расчета принима­
ются меры к линеаризации линии
средних значений. Такая возмож­
ность почти всегда имеется.
Если в процессе установления
зависимости между величинами
hi и первичными параметрами
схемы оказалось, что /г» не зави­
сит от i или эта зависимость име­
ет немонотонный характер, то
оценка трубки или АЦП в целом
должна проводиться_в основном
по параметрам Д2, Д20 и Д»,р.
Найдем зависимость диспер­
сии ошибок преобразования от
[hi, когда U2о (Ui) — прямая ли­
ния и Дг = Дд =0.
Обычно амплитуда преобразу­
емого сигнала значительно превышает шаг квантования. По­
этому плотность распределения мгновенных значений сигнала
в пределах любого одного шага квантования можно считать по­
стоянной. В частности, она постоянна и равна 1/6 внутри каждой
из зон, подобных заштрихованной на рис. 31.
Вероятность попадания сигнала в зону i-й границы шага
квантования обозначим через дг-.
Тогда, в соответствии с (13),
7 ~ (Л1-до-ш') .
Рис. 31. Участок квантующей ха­
рактеристики тракта АЦП—ЦАП
Д2; (—x)2dx+ J (о
7 —(Лг—в0—(Ай)
x fd x
= + (17)
Величины «о и Ah введены в формулу, чтобы учесть влияние
систематической составляющей ошибки, участвующей в форми­
ровании линии средних значений £/2о(£Л) (16). Значения а0 и Ah
56

57. могут быть определены из формулы (17) по известным Ы из ус­
ловий минимизации дисперсии Д2:
— = - 2 2ft (hi - «о - т = О,
да0 i
2ipt (ht —а„ — /ДА) = 0.
дДА /
При симметричном законе распределения мгновенных значений
преобразуемого сигнала 2 Ф /= 0 и из приведенных равенств
следует:
я0= 2 рЛ
II
ДЛ =
2 ipfit
J____
2 ‘гр.-
i
(18)
Если отклонения границ взаимно независимы, а среднее по ан­
самблю возможных значений А< при данном / равно нулю н
не зависит от i, то
Д2^ - ^ + А2. (19)
На рис. 32 в графическом виде представлены зависимости Д2
от максимального значения hi, обозначенного через |А| макс, И ОТ
]/ЛАг для л- и (п — 1) разрядных АЦП (n&sb). Расчет графиков
был произведен по формуле (19). Предполагалось, что закон
распределения знач_еннй hi является нормальным. Было принято,
что |А |МП1;с= 2,5]/А2 . Под указанной на рис. 32 величиной 6п
понимается шаг квантования АЦП (или трубки) при л-разряд-
иом кодировании, Д2А=б2п/12.
Анализ графиков дает возможность сделать по крайней мере
два вывода.
Во-первых, если приемлемая точность работы АЦП обеспе­
чивается при сравнительно низкой точности изготовления и ста­
бильности работы его узлов (на графиках: при |А|макс> 1,256),
то тех же качественных показателей работы АЦП можно до­
стигнуть при меньшей разрядности преобразователя, но более
точном изготовлении его узлов. Переход от л-разрядного АЦП
к (л—1)-разрядному в ряде случаев ведет к улучшению эконо­
мических показателей АЦП и всей работающей с ним системы
преобразования, передачи и анализа информации.
57

58. Во-вторых, при заданной точности выполнения узлов АЦП
повышение разрядности кода всегда ведет к повышению точ­
ности работы АЦП. _ _
Методика расчета частичных дисперсий Дг и Дд . знание ко­
торых дает возможность определить полную дисперсию ошибки
Д^по формуле (13), во многом аналогична использованной ра­
нее. Сначала устанавливается зависимость между мгновенными
значениями шумов, наводок, первичных динамических ошибок,
с одной стороны, и вызываемыми ими смещениями hi, с другой
стороны. Затем, используя формулы (17) и (18) и усредняя зна-
Рнс. 32. Зависимость дисперсии оши­
бок в рабочем режиме от величины
|Л|ыаис И V hz при независимости
hi от i
Рис. 33. Зависимость дисперсии оши­
бок при отсутствии' сигнала на входе
АЦП от уровня ошибок из-за шумов
и паводок
чения шумов, наводок и динамических ошибок по всему их ан­
самблю, находятся значения Дг и ^ д .
В наиболее простом и довольно часто встречающемся случае,
когда шумы и наводки в различных функциональных узлах АЦП
по своему результирующему эффекту идентичны действию шу­
мов предкодового усилителя и источника аналогового сигнала,
дисперсия Дг пропорциональна средней мощности шумов, при­
веденных к входу АЦП.
Величина дисперсии ошибок преобразования Д^ при отсут­
ствии сигнала на входе АЦП зависит от интенсивности ошибок
из-за шумов и наводок и от положения квантующей характери­
стики относительно точки i/i=0. Наиболее благоприятным яв­
ляется такое положение характеристики, как это показано на
рис. 3. _
На рис. 33 приведены зависимости До от Д:г для я- и (я—1)-
разрядных АЦП. При их построении предполагалось, что шумы
имеют нормальный закон распределения при нулевом среднем
58

59. значении, а инструментальные и динамические ошибки и ошибки
дрейфа равны нулю.
Из рис. 33 следует, что с точки зрения минимизации Д20 це­
лесообразно использовать АЦП возможно меньшей разрядности
при условии правильной ориентации амплитудной характери­
стики АЦП относительно точки Ui=0. Следует, однако, иметь
в виду, что при малом п велика Д2. В этом смысле требования
минимизации Д2ц н Д2 противоречивы. Тем не менее в процессе
проектирования целесообразно потребовать соблюдения таких
условии работы АЦП, при которых всегда бы обеспечивалось
? < 5 . (20)
ибо Д2о<Дт при "Дг<Дл =6?i/12 и Д20>Дг при "Дг >Д а
(рис. 33).
Максимальный разброс ошибок преобразования Дмр идеаль­
ного АЦП равен шагу квантования. Инструментальные ошибки
могут привести к значительному увеличению Дмр.
На рис. 34 приведены зависимости ДМр от |/г|Макс для п- и
(п—1)-разрядных АЦП. Графики построены для случая, когда
отклонения границ шагов квантования взаимно независимы,
а среднее их значение для каждой границы равно нулю и h не
зависит от I.
Из графиков следует, что при малых сдвигах границ, когда
|Л|макс<0,56 и Дг=Ад=0, АЦП в отношении величины Дмр ве­
дет себя так же, как идеальный. При 0,56< |А|макс<6 точность
работы АЦП может снизиться на разряд.
Требование |Л |макс<0,5б,как это следует из графиков рис. 32,
аналогично требованию
(2D
Это неравенство, совместно с (20) дает возможность сформули­
ровать условия реализации «-разрядного АЦП, динамические
ошибки которого весьма малы. Можно утверждать, что в пра­
вильно спроектированном АЦП порядок чередования и количе­
ство реализуемых кодовых групп такое же, как у идеального.
Экспериментальное определение точности аналого-цифровых
преобразователей производится, как правило, при их каскадном
соединении с цифро-аналоговыми преобразователями. Суще­
ствующие методы построения и настройки ЦАП обеспечивают
достаточно высокую точность их работы (дисперсии ошибок пре­
образования ие превышают (0,01-г-0,05)62].
Линия средних значений U ^U i) экспериментально опреде­
ляется (рис. 35) путем измерения величины постоянного напря­
жения на выходе тракта АЦП—ЦАП при подаче на его вход по­
стоянного напряжения U совместно с переменным напряже­

60. нием U. Закон распределения мгновенных значений последнего
должен соответствовать функции q(U) формулы (11).
Если тракт не рассчитан на передачу постоянной составляю­
щей, то на его вход вместо постоянного напряжения подаются
прямоугольные импульсы. Значения U20 определяются при этом
как средние значения амплитуд импульсов в центральном их
участке.
В случае, когда линия средних значений достаточно прямо-
линейна, экспериментальное определение дисперсии ошибок Л2
основывается на наличии прямой пропорциональной зависимости
Рис. 34. Зависимость максимального
разброса ошибок от величины
1^1 макс при независимости от i
Рис. 35. Схема снятия характерис­
тики U2о (t/i)
/ — источник постоянного нпнрижснни:
2 — вольтметр постоянного тока, измеря­
ющий Ui; 3 — сумматор; 4 — генератор
шума (генератор взвешивающей функции
q(U)); 5 — испытываемый аналого-цифро­
вой преобразователь; б — цифро-аналого­
вый преобразователь; 7 — вольтметр по­
стоянного тока, измеряющий Uy,
между величиной Д2 и уровнем шумов преобразования на вы­
ходе тракта АЦП—ЦАП [25]. На вход АЦП при этом подается
случайный сигнал, закон распределения мгновенных значений
которого совпадает с p(Ui), принятому в формуле (12), а спек­
тральное распределение средней мощности обеспечивает гаран­
тированно равномерное распределение шумов в полосе частот от-
нуля до 0,5^о на выходе тракта (26]. Измерение уровня шумов
квантования производится на выходе тракта в полосе fi—f2,
в которой спектральная плотность средней мощности исходного
сигнала была близка к нулю (рис. 36).
Тогда, если измерение средней мощности шумов преобразо­
вания Лп производилось на нагрузочном сопротивлении RH, то
д а = р р W
h - h '
Если линия средних значений нелинейна, то такой способ оп­
ределения Д2 связан с некоторой погрешностью, обусловленной
попаданием части продуктов крупноструктурной нелинейности
в полосу частот измерения.
Лучшие результаты дает косвенный метод измерения Д2, за­
ключающийся в определении уровня шумов на выходе тракта,

61. возникающих за счет как мелкоструктурной, так и крупнострук-
гурпой нелинейности амплитудной характеристики при безу­
словно равномерном спектральном распределении шумов. Ис­
пытательный сигнал должен быть при этом достаточно широ­
кополосным и иметь плотность распределения его мгновенных
значений, соответствующую принятой в формуле (12). Схема из­
мерений показана па рис. 36. Значение Д2 определяется вычита­
нием из полученного результата (после соответствующего мас­
штабирования) тон составляющей шумов, которая обусловлена
нелинейностью линии средних значении U->o(Ui). Последняя на­
ходится расчетным путем.
EHZ^HHZHZHZI
Рис. 36. Схема измерении дисперсии оши­
бок Д2
I — генератор шума: 2 — режскторнмй полосовой
фильтр; з — измеритель уроиня шумоиого напряже­
ния; 4 — ненмтмнаеммй аналого-цнфроноП прсоб-
разопатсль; 5 — цифро-аналоговый преобразователь;
6 — полосовой фильтр; 7 — измеритель уровня шу­
мов
Экспериментальное определение параметра Д2о заключается
в измерении шумов на выходе тракта при отсутствии сигнала на
его входе с последующим масштабированием результатов изме­
рения, если коэффициент передачи тракта АЦП—ЦАП не был
равен единице. Схема измерений приведена на рис. 37.
Для экспериментального определения величины максималь­
ного разброса ошибок Дмр на вход тракта следует подать посто­
янное напряжение, а на выходе тракта установить фильтр, не
пропускающий постоянную составляющую. Тогда максимальный
размах напряжения на выходе фильтра, который удастся полу­
чить, изменяя постоянное напряжение на входе тракта, будет
равен Дмр. Схема измерений приведена на рис. 38.
Разработчика АЦП (или КТ) интересует обычно не только
достигнутая точность работы преобразователя, но и имеющиеся
возможности ее повышения.
Чтобы выработать соответствующие рекомендации к повы­
шению точности преобразования сигналов, нужно возможно пол­
нее знать характеристики составляющих ошибки преобразова­
ния (Дб , Дв, Дг и Дд ) и, главным образом, характеристики ин­
струментальных ошибок и ошибок из-за шумов и наводок.
Степень влияния инструментальных ошибок на результи­
рующую точность преобразования и возможные резервы ее
повышения могут быть определены по форме квантующей ха­
рактеристики.
пШНШЗ
Рис. 37. Схема измере­
нии Д20
1 — аналого-цифровой преобра­
зователь; 2 — цифро-аналого­
вый преобразователь; 3 — из­
меритель уровня шумов
61

62. Как указывалось выше, шумы и наводки внутри АЦП непре­
рывно изменяют положение границ шагов квантования. В по­
давляющем большинстве случаев закон смещения границ под
действием этого фактора является симметричным. Поэтому при
малой интенсивности помех среднее положение любой границы
может быть определено путем измерения величины постоянного
напряжения на входе АЦП (или трубки), при подаче которого
наблюдаются равные частоты (интенсивность) появления кодо­
вых групп, положение границы между которыми определяется.
Таким образом может быть снята квантующая характери­
стика АЦП или трубки.
Соответствующая схема снятия квантующей характеристики
приведена на рис. 39. При работе АЦП в параллельном коде
в качестве анализатора кодовых групп могут быть использованы
осциллографы или п интегрирующих схем, на выходе каждой из
которых включен стрелочный прибор. Если кодовые посылки
в данном интервале наблюдения состоят только из импульсов,
Tq показания соответствующего стрелочного прибора будут мак­
симальны Гмакс. Если на вход интегрирующей схемы поступают
только пробелы, то показания прибора будут минимальны /'мин.
При работе АЦП в коде Грея показания одного из приборов бу­
дут равны 0,5 (/'макс—/'мпн), когда частоты появления двух со­
седних кодовых групп будут одинаковы.
Вольтметр, регистрирующий при этом уровень постоянного
напряжения на входе АЦП или трубки, должен быть прецезион-
ным прибором. Так, если квантующая характеристика снимается
с точностью до 10% от шага квантования, то при п= 7-S-8 вольт­
метр должен иметь погрешность измерения не более (0,01—
0,03) %.
По результатам снятия амплитудной характеристики расчет­
ным путем может быть найден ансамбль значений [hi]. Дальней­
шее использование формул (17) и (18) дает возможность опре­
делить дисперсию ошибок в рабочем режиме, без учета ошибок
62
I — источник постоянного напряжения; 2 —
вольтметр постоянного тока; 3 — аналого-
цифровой преобразователь: 4 — цнфро-ана-
логовыП преобразователь; 5 — фильтр верх­
них частот (дифференцирующая /?С-цо-
почко); С— нмпульсныЛ вольтметр нлн
Рис. 38. Схема измерений А„р Рис. 39. Схема сня­
тия квантующей ха­
рактеристики АЦП
осциллограф
/ — источник постоянно­
го напряжения: 2 — про-
цсзпоннмП вольтметр по­
стоянного тока, измеряю-
щнЛ Ur. 3 — аналого-
цифровой преобразова­
тель; 4 — анализатор
структуры кодовых групп

63. из-за шумов и наводок и динамических ошибок. Аналогично мо­
гут быть определены значения Д20 и Дмр.
Экспериментальное снятие квантующей характеристики по
точкам и процесс последующей обработки результатов измере­
ний являются операциями довольно трудоемкими, длительными
п лишенными оперативной наглядности. Гораздо лучших резуль­
татов можно добиться, используя для этого специальные изме­
рительные приборы.
Структурная схема одного из таких приборов приведена на
рис. 40 [27].
Рис. 40. Структурная схема прибора для измерений ошибок прсоб-
разоиания
На рис. 41 приведены временные диаграммы, иллюстрирую­
щие работу схемы при я=3. Буквенные обозначения диаграмм
соответствуют точкам структурной схемы на рис. 40.
На вход АЦП подается пилообразное напряжение от генера­
тора 1. Пакеты кодовых импульсов на выходе АЦП (рис. 41, б,
в, г) после демодуляции (4i-r-4s) образуют видеоимпульсы
(рис. 41, д, е, ою). Положения фронтов видеоимпульсов опреде­
ляются положением границ шагов квантования амплитудной ха­
рактеристики АЦП.
Далее импульсы дифференцируются схемами 5i-^53 (рис. 41,
з, и, к) и складываются в сумматоре 6 (рис. 41, л). В триггере 8
импульсы преобразуются в последовательность, представленную
на рис. 41, м, которая сравнивается на фазовом детекторе 9
с эталонной последовательностью импульсов от генератора эта­
лонного шага 7 (рис. 41, к). Длительность импульсов ошибки на
выходе фазового детектора 9 (рис. 41, о) пропорциональна от­
клонениям границ шагов квантования. Сигнал ошибки в устрой­
стве 10 преобразуется в напряжение, пропорциональное диспер­
сии (или среднеквадратичному значению) отклонений границ
шагов квантования, которое измеряется индикатором 11. Фазо­
вые сотношения в схеме регулируются устройством синхрони­
зации 3.
63

64. Если преобразовать длительность импульсов ошибки иа вы­
ходе фазового детектора 9 в амплитуду (т. е. широтно-импульс­
ную модуляцию преобразовать в амплитудно-импульсную),
то, подавая эту импульсную последовательность на осцил­
лограф, можно непосредственно наблюдать форму линии сред­
них значений U2q(Ui) (по форме огибающей импульсов) и AM1>
(по величине наибольшего им­
пульса).
Для учета отклонений гра­
ниц, превышающих шаг кван­
тования, формирование им­
пульсов ошибки можно произ­
водить отдельно для каждого
разряда АЦП (до суммато­
ра 6 на рис. 40).
В этом случае напряжение
на выходе демодуляторов
4i~4^ сравнивается на отдель­
ных фазовых детекторах с эта­
лонными последовательностя­
ми видеоимпульсов, положе­
ние фронтов которых соответ­
ствует положениям границ ша­
гов квантования на разрядных
выходах идеального АЦП, ко­
гда на его вход подано пило­
образное напряжение.
При измерении погрешно­
стей преобразования кодирую­
щих трубок в структурной
схеме на рис. 40 демодуля­
торы 4i4-43 заменяются поро­
говыми устройствами и исклю­
чается синхрогенератор 2.
Приборы, подобные описанному, оказываются весьма полез­
ными в процессе разработки трубок и АЦП. Однако точность
их работы сравнительно невысока и соответствует обычно точ­
ности (7.-^8)-разрядных АЦП.
J
- 4
ШИl i t
ji«
I i
UIJl|j ■
mini
i n HI
шиши
iiiiiniii
ij
( u n i
i4 П
ft L t1
i
i
к
I 1
1
1
г
i
к !1
1
{ У! i
Yi
11 ! I
Is
fi
к s |"
i
^ lг
г
1
J H 1
—n
1— j —
_ [ LT f _ L
Временные
к рис. 40
10. Способы повышения точности АЦП
Определение параметров точности кодирующих трубок, дан­
ное в § 1 настоящей главы, казалось бы исключает возможность
получить для АЦП в целом лучшие характеристики точности,
чем они есть у трубки. В большинстве случаев так оно и есть
в действительности.
Тем не менее имеется целый ряд приемов, позволяющих по­
высить качество работы АЦП при заданном качестве трубок.
О некоторых из них будет сказано ниже.
64

65. Если линия средних значений трубки представляет собой
прямую, смещенную относительно точки Ut=0 и имеющую кру­
тизну, отличающуюся от единицы, то получение желательного
расположения линии средних значений АЦП в целом дости­
гается введением компенсирующего исходного смещения элект­
ронного луча трубки и компенсирующим изменением коэффици­
ента усиления предкодовых цепей. При значительном уровне
ошибок дрейфа для стабилизации положения линии средних
он Ямв
Рис. 42. Двухднодиый элемент нелинейного корректора
а — ирнпцппполытя схема; б — типичная форма вольтамиерноП характери­
стики; о — зависимость сопротивления элемента, построенного на диодах
Д-230, от напряжения
значений в работу АЦП могут быть введены контрольные
циклы, во время которых производится коррекция положения
линии и коэффициента передачи тракта [28].
Если линия средних значений трубки искривлена, то линия
средних значений АЦП может быть выравнена путем введения
компенсирующей нелинейности в межкаскадные связи или
в цепь отрицательной обратной связи предкодового усилителя.
Искривление квантующей характеристики трубки носит обычно
нечетный характер, т. е. U2a{U) в первом приближении может
быть представлено в виде U20= ai •Ui±a3-Uis. Компенсация
такой нелинейности достигается заменой одного из резисторов
усилителя параллельным соединением встречно включенных
диодов и резистора, как это показано на рнс. 42, а. На рис. 42,6
приведена типичная вольт-амперная характеристика такого сое­
динения, а на рис. 42, в графическая зависимость эквивалент-

66. ного сопротивления узла от величины приложенного к нему на­
пряжения для случая, когда в качестве корректирующих ис­
пользуются диоды Д220.
В качестве корректирующих могут использоваться более
сложные цепи. Изменение напряжения на нелинейных элементах
обычно ограничивается диапазоном до 2—3 в, в пределах кото:
о)
о—
USx
о—
J n l Z Nl
1
~ Z .I - П К ”
Рис. 43. К повышению точности АЦП, основанном на форми­
ровании дополнительного разряда
а — схема формирования (л+1)-го разряда; / — кодирующая трубка;
2 — послекодовая цепь п-го разряда; 3 — формирователь импульсов
(л-И)-го разряда; б — графические зависимости, поясняющие процесс
формирования импульсов л-го и (л+1)-го разряда; о — амплитудные
характеристики послекодовой цепи я-го разряда и формирователей
(я+1)-го разряда
рого нелинейность диодов и транзисторов имеет ярко выражен­
ный характер.
__Неудовлетворительно большие значения дисперсии ошибок
А2 и значений Амр для кодирующей трубки не являются непрео­
долимым препятствием для разработки на ее базе АЦП с мень­
шими значениями А2 и Амр при той же ширине квантующей
зоны. Как было показано в предыдущем параграфе, при одина­
ковой точности выполнения узлов, входящих в АЦП, точность
работы преобразователя, оцениваемая величинами А2 и Амр,
будет тем выше, чем больше его разрядность. Следовательно,
повышение разрядности данного АЦП повышает точность его
66

67. работы, независимо от того, насколько хорошо будут работать
узлы формирования (л + 1)-го разряда.
Для формирования импульсов дополнительного разряда мо­
жно использовать тот факт, что толщина луча кодирующих тру­
бок в области кодовой маски обычно соизмерима с высотой
отверстии маски последнего /г-го разряда. Зависимость напряже­
ния на выходе коллектора трубки этого разряда InZa от на­
пряжения на входе трубки U„x (коллекторная амплитудная ха­
рактеристика) имеет вид плавной кривой, подобной изображен­
ной на рис. 43, б. Импульсы (п+1)-го разряда, соотносящиеся
к импульсам /г-го разряда таким же образом, как это имеет
место в коде Грея (рис. 2), можно получить, если формирова­
тель этих импульсов подклю­
чить к коллектору трубки па­
раллельно цепи послекодовой
обработки импульсов /г-го раз­
ряда (рис. 43,а).
Амплитудные характери­
стики формирователя импуль­
сов (/г-И)-го разряда и уси­
лителя-регенератора л-го раз­
ряда имеют пороговый харак­
тер и приведены на рис! 43, в.
Диаграммы, поясняющие по­
лучение импульсов (л-Н)-го
разряда, приведены на рис.
43, б.
Поясним сказанное приме­
ром. Если напряжение на входе трубки во время взятия пробы
оказалось равным величине А (рис. 43,6 и в), то. напряжение
на выходе /г-го коллектора трубки окажется меньше порога по­
слекодовой цепи /г-го разряда, но выше первого порога сраба­
тывания формирователя импульсов (л+1)-го разряда. В ре­
зультате, на выходе АЦП в ^n-м разряде будет иметь место
пробел, а в дополнительном (л + 1)-м разряде — импульс, как
это и следует из таблицы кода Грея.
На рис. 44 показана типичная зависимость средней мощности
шумов аналого-цифрового преобразования сигналов Р„, в ка­
нале связи системы с импульсно-кодовой модуляцией, занимаю­
щем ограниченный частотный диапазон шириной Af, меньшей
чем 0,5го, от уровня средней мощности Рс сигнала, передавае­
мого по этому каналу. На графике четко выделяются три зоны.
Зона II является зоной нормальной работы канала. При на­
хождении сигнала в этой зоне спектральное распределение шу­
мов квантования является равномерным в полосе частот от
нуля до 0,5Г0. Поэтому в полосу частот канала попадает лишь
Д/УО.бГо часть этих шумов. При линейном характере зависимо­
сти Uw(U) это означает, что отношение сигнал/шум в канале
67
Рис. 44. Зависимость мощности шу­
мов преобразования о узкополосном
канале связи от величины средней
мощности сигнала

68. на выходе системы будет равно
О■5 F 0 /У ? »
Ч д*
Уменьшение уровня сйгнала, сопровождающееся переходом
его в зону /, ведет к перегрузке канала шумом квантования,
которая в этом случае объясняется возникающей неравномер­
ностью спектрального распределения шумов в интервале [0-с
-bO,5F0]. Такая неравномерность может возникнуть уже при
Рс<~^W еСЛ11 спп,ал имеет нормальное распределение
мгновенных значений [26]. В предельном случае преобразуемый
сигнал может иметь столь низкий уровень, что его мгновенные
Рис. 45. Структурная схема ап­
паратуры, обеспечивающей пе­
редачу сигналов низкого уровня
/ — аналого-цифровой преобразо­
ватель; 2 — генератор шума; 3 —
схема автоматической регулировки
выходного уровня генератора шу­
ма; 4 — сумматор
значения вообще не выйдут за пределы первой ступеньки кван­
тования и сам сигнал не пройдет через АЦП.
Имеется возможность расширить зону нормальной работы
канала за счет сужения или полной ликвидации зоны / (рис. 44,
пунктир), обеспечивая условия Д02«Д 2 для АЦП в целом. Для
этого необходимо на вход АЦП наряду с преобразуемым сиг­
налом дополнительно подать шум, занимающий диапазон ча»
стот, не используемый для передачи основного сигнала [25, 26].
Суммарная мощность обоих источников должна при этом удов­
летворять условию:
Структурная схема аппаратуры, в которой используется этот
прием, показана на рис. 45. Уровень выходного напряжения ге­
нератора шумов 2 регулируется автоматически схемой 3, под­
держивая суммарный сигнал на входе АЦП в зоне //.
Имеется большая группа адресатов, которых не удовлетво­
ряет характер зависимости Рт от Рс, показанный на рис. 44,
так как в этом случае отношение сигнал/шум квантования до­
вольно резко зависит от Рс (кривая 1 на рис. 46), а отиоситель-
о
Рис. 46. Зависимость отношения сиг­
нал/шум на выходе тракта АЦП—
ЦАП от средней мощности преобразу­
емого сигнала
/ —АЦП с линейной шкалой квантования;
2 — АЦП с нелинейной шкалой кпантопа-
пня

69. пая дифференциальная погрешность резко зависит от мгновен­
ного значения преобразуемого сигнала Ut.
Ослабление зависимости Рс/Рт от Рс (кривая 2 на рис. 46) мо­
жет быть достигнуто переходом к неравномерной шкале кванто­
вания (кривая 1 на рис. 47), у которой отношение величины
шага квантования к соответствующему этому шагу значению
Рис. 47. Графические зависимости, поясняющие фор­
мирование нелинейной квантующей характеристики
АЦП с помощью компрессора
1 — положительна!! пстиь квантующей характеристики АЦП
с нелинейной шкалой квантования; 2 — положительная ветвь
амплитудной характеристики компрессора; 3 —положитель­
ная ветвь квантующей характеристики трубки
преобразуемого сигнала приблизительно равно я + 7777 »
IьЛс| 1Ук|
где а и Ь— некоторые постоянные величины. Чем меньше
b/U0гр по сравнению с а, тем меньше PJPm зависит от Рс в ра­
бочей зоне АЦП.
Получить нелинейную шкалу квантования, располагая коди­
рующей трубкой с равномерной шкалой, можно, если сигнал по-,
давать на трубку через компрессор мгновенных значений преоб­
разуемого сигнала и снимать его в цифро-аналоговом преобра­
зователе через соответствующий экспандер [29],
Компрессор представляет собой четырехполюсник, амплитуд­
ная характеристика которого нелинейна и подобна приведенной
на рис. 48. Требование ~ а '+ .-— равносильно требованию,
I t/K I 1и* I

70. чтобы компрессор имел следующую амплитудную характери­
стику:
' " К Л Ц р г р /,
№ = и„
In (1+ 1*)
-sign U, (23)
где р — коэффициент компрессии, обычно равный 10—100; U —
напряжение на входе компрессора; Д£/) — напряжение на его
выходе.
т
Щгр
шга й
м.r r a z |_
stи□И 8
т щ т вж
ж ■■■-1.0-0£0.6-й*-°Л02°L Й40.6ш
~р •да
~7 У м
7 У 2 т
&
7Е100-л
&AS ср,.
-и огр 0
С 0Огр “
N
гиогр+с
Рис. 48. Амплптудиая харак- Рис. 49. Зависимость
теристика логарифмического ошибки преобразования
компрессора от напряжения па пходс
трубки
Графические построения, поясняющие формирование нели­
нейной шкалы квантования на базе кодирующей трубки с рав­
номерной шкалой, приведены на рис. 47.
Амплитудная характеристика экспандера обратна амплитуд­
ной характеристике компрессора. Получение нелинейных ха­
рактеристик компрессора и экспандера основывается обычно на
использовании диодных цепочек, подобных приведенной на
рис. 42, а.
Дополнительно следует заметить, что использование ком­
прессора в АЦП и экспандера в ЦАП, т. е. переход к нелиней­
ной шкале квантования при правильно выбранной характери­
стике компандирования дает возможность получить меньшую
дисперсию ошибок в рабочем режиме Д2, чем у трубки [30]. Ска­
занное следует из того, что если при равномерной шкале кванто­
вания Д2 =б2/12, то, используя ту же методику, что и при вы­
воде формулы (17), для случая неравномерной шкалы кванто­
вания можно получить Дд = ^ / к ~ ~ >гДе бк— величина k-vo
шага квантования.
70

71. Все приведенные выше способы улучшения электрических ха­
рактеристик АЦП при заданных характеристиках трубки отно­
сились к случаю работы в зоне квантования, основной рабочей
зоне АЦП. Но преобразуемый сигнал может иногда выходить
за пределы этой зоны и переходить в зону ограничения. Про­
тяженность одной из зон ограничения у большинства кодирую­
щих трубок конечна и составляет лишь несколько десятков ша­
гов квантования (гл. 2). Типичная зависимость величины мето­
дических и инструментальных ошибок в зонах ограничения от
величины напряжения на входе трубки приведена на рис. 49.
Рис. 50. Желательная форма
амплитудной характеристики
предкодоиого усилителя
Рис. 51. Схема искусстпенного формиро­
вания активного участка ограничения
квантующей характеристики АЦП
/ —амплитудно-импульсный модулятор; 2 —
нрсдкодопый усилитель; 3 — кодирующая труб­
ка; 4 — послекодооая цепь первого разряда;
5 — послскодовзя цепь второго разряда; 6 —
логическая ячаПка «И»; 7 —логическая ячеП-
ка «ИЛИ»
Из рисунка видно, что конечная протяженность одной из зон
ограничения может привести к таким ошибкам в работе АЦП,
которые обычно квалифицируются как недопустимые.
Увеличить протяженность участков ограничения АЦП можно
двумя способами.
Первый способ заключается во введении в предкодовый уси­
литель нелинейных элементов, изменяющих форму его ампли­
тудной характеристики таким образом, чтобы характеристика
осталась линейной в зоне квантования АЦП и имела резко вы­
раженную зону ограничения на активном участке ограничения
АЦП (рис. 50), т. е. в той области его квантующей характери­
стики, которой соответствует формирование кодовых групп
структуры 100— 0.
Получение необходимого резкого излома амплитудной ха­
рактеристики (при малом С) является сложной инженерной
задачей. Практикуемые методы основываются на шунтировании
нагрузки усилителя диодами, запертыми при работе АЦП
в квантующей зоне и открывающимися при переходе АЦП
в зону ограничения. Уменьшения ширины зоны С можно до­
стигнуть включением ограничивающих диодов в цепь стабили-
71

72. зирующей обратной связи. Однако при этом возникают трудно­
сти, связанные с обеспечением стабильной работы усилителя.
Другой способ увеличить протяженность участка ограниче­
ния состоит во введении в АЦП дополнительной цепи формиро­
вания кодовых импульсов старшего разряда [31], как это пока­
зано на рис. 51.
Эта цепь состоит по существу из двух логических ячеек:
ячейки «И» и ячейки «ИЛИ». Один из входов ячейки «И» соеди­
нен с такой точкой предкодового усилителя, изменение потен­
циала которой при переходе АЦП от режима U{= 0 к режиму
f/i = С/огр составляет 1-^2 в. На другой вход ячейки подается
периодическая последовательность импульсов от сннхрогенера-
тора АЦП. Частота следования импульсов равна частоте опро­
бования. Их фаза и длительность совпадает с фазой и длитель­
ностью посылок на выходе трубки.
Ячейка «И» (6 на рис. 51) настраивается таким образом,
чтобы импульс на ее выходе образовался при U i>U ln, где
0<C/,„<£/orp. Объединение этих импульсов с импульсами, фор­
мируемыми послекодовыми узлами старшего разряда с по­
мощью ячейки «ИЛИ», ведет к образованию на ее выходе ко­
довых групп структура 100__ 0 при U ^ U orf>.
Тем самым формируется активный участок ограничения
квантующей характеристики АЦП практически неограниченной
протяженности при малой ширине зоны ограничения кодирую­
щей трубки. -
Г Л А В А Ч Е Т В Е Р Т А Я
ПРЕДКОДОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ
11. Дискретизация сигналов во времени
Предкодовая обработка сигналов производится в узлах АЦП,
функционально предшествующих трубке (узлы 1, 3 и 4 на
рис. 18), и заключается, главным образом, в дискретизации сиг­
налов во времени (опробование) и в их усилении по напряже­
нию. Тем не менее на эти цепи возлагается обычно ряд дополни-
"тельных функций, так что полная структурная схема этих цепей
приобретает вид, показанный на рис. 52.
Частота дискретизации сигналов (F0) в любых АЦП опреде­
ляется критериями приемлемости адресатов и зависит от приня­
того метода аппроксимации сигнала при его восстановлении
в пункте приема [32, 33].
В быстродействующих АЦП, рассчитываемых на преобразо­
вание сигналов с полосой до 1 Мгц и более длительностью фрон­
тов переходных процессов короче 1 мксек, высокие требования
к точности передачи предъявляются только к участкам мед­
ленного изменения сигнала. Потребители обычно согласны па
72

73. некоторое снижение точности передачи участков быстрого изме­
нения сигнала (фронт переходного процесса) при условии, что
скорость изменения сигнала на этих участках будет по-преж­
нему высока.
При проектировании АЦП на трубках это обстоятельство
дает возможность произвести предварительное ограничение пре­
образуемого сигнала по частоте с помощью фильтра нижних ча­
стот и предельно снизить требуемое значение частоты дискрети­
зации Fo.
Ограничение спектра преобразуемого сигнала сверху имеет
место (или возможно) в радиолокации, в телевидении и ряде
других областей радиоэлектроники. В технике дальней связи
Рис. 52. Структурная схема цепей
прелкодовой обработки сигналов
I —фильтр нижних частот; 2 — коррек­
тор амилитудпп- и фазочастотных иска­
жений; 3 — амплитудно-импульсный мо­
дулятор; 4 — компрессор мгновенных
значений (логарифмический усилитель);
5 — нарафалпый усилитель; С— енн-
хрогенсратор ЛЦП; 7 — устройство фор­
мирования импульсов включения лучп
трубки; 8 —логическая.ячейка «И> до­
полнительной цепи формирования ко-
доиых импульсов зоны ограничения; 9—
Модулятор Денодупятор
Рис. 53. Модель для анализа искажений
в тракте модулятор—демодулятор
1 —генератор последовательности дельта-
функцнй; 2 — модулятор АИМ-1; 3 —преобра­
зователь формы импульсов; 4 — идеальный
фильтр ПНЖ1ШХ частот; 5 —корректор линей­
ных искажений н усилитель
(передача информации по кабельным и радиорелейным линиям)
ограничение групповых телефонных сигналов имеет принци­
пиальный характер [23].
Ошибки преобразования сигналов во времени имеют те же
составляющие, что и ошибки амплитудного квантования (гл. 3,
§ !)•
Методические ошибки обусловлены тем фактом, что ограни­
чение исходного сигнала по частоте не может быть идеальным
как в силу невозможности создания идеального фильтра, так и
потому, что полученный на выходе сигнал теоретически ока­
зался бы при этом тождественным сингулярному процессу, не
являющемуся переносчиком информации [34], и дальнейшее его
рассмотрение теряло бы смысл.
В основу анализа методических ошибок может быть поло­
жена схема, приведенная на рис. 29, без квантующего устрой­
ства 2. На рис. 53 эта же схема показана подробнее (фильтр
нижних частот на рисунке отсутствует).
Как указывалось ранее, сигнал на выходе модулятора имеет
форму импульсов с плоской вершиной. Поэтому процесс дискре­
73

74. тизации сигналов во времени является по существу процессом
амплитудно-импульсной модуляции второго рода (АИМ-2)1. Вся
информация о значении исходного модулирующего сигнала
в дискретные моменты времени заключена при этом только
в амплитудных значениях импульсов [2].
В модели рис. 53 исходный сигнал U(t), полученный с вы­
хода фильтра, подвергается сначала модуляции последователь­
ностью 6„(/) дельта-функций, следующих друг за другом с ча­
стотой F0. Результат модуляции Оь (/) в виде последователь­
ности импульсов АИМ-1 подается на преобразователь формы
импульсов, где каждая дельта-функция превращается в прямо­
угольный импульс соответствующей амплитуды.
Демодуляция импульсов АИМ-2 осуществляется с помощью
фильтра нижних частот с верхней граничной частотой среза, рав­
ной 0,5Fo. Полученный при этом непрерывный сигнал U2(t) мо­
жет значительно отличаться от исходного. Соответствующая
коррекция амплитудно- и фазочастотных характеристик тракта
(коррекция динамических ошибок) дает возможность получить
сигнал, близкий к исходному.
Разлагая 6n (t) в ряд Фурье и полагая, что положение одной
из дельта-функций совпадает с началом отсчета t, получим
8Я(t) = F0 1+ 2 f[ cos 2*mF0tj . (24)
Пусть исходный сигнал U(t) является гармоническим:
U (t) = A sin (2rft + '!')• (25)
Тогда напряжение на выходе модулятора АИМ-1 будет равно
и г(0 = V (/) 8„ (0 = AF, 2 sin [2* (f + mF0) t + ф]. (26)
m
Преобразователь формы импульсов 3 преобразует каждую
модулированную дельта-функцию в прямоугольный импульс
пропорциональной амплитуды (рис. 54). Коэффициент передачи
преобразователя г|п(со) может быть определен из сравнения
спектра импульсов на входе и выходе преобразователя.
Спектральная плотность одиночной немодулированной дель­
та-функции, существующей в момент времени t— Ti, равна
£»,(“)■=
~i*Ti
После модуляции этой дельта-функции величиной ее
спектр будет равен A<g*»(<o). Поэтому спектр модулированной
1 При АИМ-1 вершина импульса изменяется в соответствии с изменением
сигнала в этом временном интервале.
74

75. f t («) = («) = V м ' • (27)
Спектральная плотность одиночного прямоугольного им­
пульса, амплитуда которого равна единице, длительность —т„,
а центр совпадает с точкой Ти есть
sin
f t W - ^ T 2 — ^ - е ЧтТ‘.
последовательности дельта-функций равен.
Рис. 54. К процессу преобразования импульсов уст­
ройством 3 (рис. 53)
Поэтому спектр модулированной последовательности импульсов
определяется следующей формулой:
* < ■ > - £ * -
,А,е
-i«Ti
Сравнивая (27) с (28), найдем:
s i n ^
ft, («О= 2—
(ш) = 2 -
а>Тп
2
(28)
(29)
Из (26), учитывая (29), получим
Ux{t) = AFt »!п"« + sin [2тс(f + mF0) t + $].
n(fi + mF0)
(30)
На выход демодулирующего фильтра пройдут только те
спектральные составляющие, частота которых удовлетворяет ус­
ловию . f .
f + mF9< 0,5F0 или — 0,5 < ^— + m j< 0,5. (31)
75

76. Нетрудно убедиться, что при заданном f неравенство (31)
удовлетворяется только при единственном значении /« = /«/. По­
этому, если коэффициент передачи корректора 5 принять рав­
ным у, то
Ua{t) = t(f + m,F0) x A F f
sin л (/ + mfF0)
я + nifFD)
Xsin[2*(f + m /W - H l. (32)
Для всех спектральных составляющих сигнала, частота кото­
рых меньше 0,5Fo, в соответствии с (31) т / = 0. Из (32) следует,
что такие составляющие, представляющие основную часть пре­
образуемого исходного сигнала, будут переданы через модель
рис. 53 без искажения, если
1 (f) =
я}
F0sin я/i,,
(33)
Учитывая, что спектр одиночного прямоугольного импульса
на выходе модулятора в соответствии с (28) равен
получим
т Н
___1_
Яобо (“ )
(34)
Формулы (33) или (34) могут быть использованы для рас­
чета корректоров амплитудно- и фазочастотных искажений. При
этом под go(со) может пониматься спектральная плотность им­
пульса любой формы. Такие корректоры могут устанавливаться
как на выходе устройств цифро-аналогового преобразования,
так и на входе аналого-цифровых преобразователей. Их схемы
обычно просты [35]. Отсутствие корректора в преобразователе
или ошибки в выборе его параметров приводят к динамиче­
ским ошибкам в работе АЦП.
Исходный сигнал, действующий на входе модели рис. 53, мо­
жет иметь составляющие, частота которых превышает значение
0,5До- В соответствии в (32), все они пройдут на выход тракта
в преобразованном по частоте виде. Учитывая (33), можно ут­
верждать, что амплитуда их при этом не изменится.
Таким образом, если спектральная плотность средней мощ­
ности исходного сигнала была G(co), то средний квадрат мето­
дической ошибки дискретизации будет равен
еа = J G (со) d(o (35)
76

77. U(t) = G((0)dw.
b
В соответствии с формулами (32), (31), и (33) процесс фор­
мирования выходного сигнала тракта АИМ-2 можно геометриче­
ски представить в виде многократного сгибания шкалы спектра
исходного сигнала U(t) в точках 0,5F0, l,OF0, 1,5F0, 2,OF0, 2,5F0
и т. д., согласно рис. 55, с последующим суммированием спект­
ральной плотности исходного сигнала G(со) на совпадающих
участках. Получающаяся при этом итоговая спектральная ха­
рактеристика является спек­
тральной характеристикой вы­
ходного сигнала тракта АИМ-2
в спектре частот от 0 до 0,5 F0.
Вывод о том, что в про­
цессе ЛИМ-2 все спектраль­
ные составляющие исходного
сигнала, как бы они далеки
нс были от частоты 0,5F0,
попадают без какого-либо ос­
лабления в спектр частот
[O-r-0,5 F0], может показаться
•несколько парадоксальным.
Следует однако учитывать, что
в процессе дискретизации сиг­
налов во времени существенно
изменится частотное распре­
деление энергии исходного
сигнала. Как следует из формулы (30), сигнал t/(/), преобра­
зованный по частоте, находится теперь во всех частотных интер­
валах: [0-^0,5 F0], [0,5-г-1,0 F0], [1,0 F0-rl,5 F0] и т. д. Причем
в каждом из этих интервалов находятся в преобразованном
виде все спектральные составляющие сигнала независимо от
ширины спектра исходного сигнала. .
Поэтому если бы мы рассматривали не интервал [0-^0,5 Fo],
а какой-либо другой частотный интервал и произвели для него
соответствующую частотную коррекцию и усиление сигнала до
его уровня на входе тракта АИМ-2, то пришли бы к вполне ана­
логичному выводу.
Уровень методических ошибок дискретизации сигналов в со­
ответствии с (35) определяется теми спектральными составляю­
щими сигнала, частота которых выше 0,5Fo. Уровень этих
составляющих зависит от свойств исходного сигнала и характери­
стик ограничительного фильтра, устанавливаемого на входе мо­
дулятора. Чем уже переходная зона фильтра, отделяющая об­
ласть запирания от области пропускания, и чем выше затухание
фильтра в полосе запирания, тем ниже уровень методических
при выходной мощности сигнала, равной
77
Рис. 55. Иллюстрация процесса фор­
мирования спектра сигнала па вы­
ходе тракта АИМ

78. ошибок дискретизации в АЦП и тем меньшее значение частоты
дискретизации может быть принято при его проектировании. Но
сужению переходной зоны фильтра сопутствует усложнение его
электрической схемы и ухудшение фазовых и переходных ха­
рактеристик. Поэтому в большинстве случаев значение частоты
дискретизации принимают таким, что F0 в 2,2—2,8 раза превы­
шает значение верхней граничной частоты преобразуемого сиг­
нала (вместо двух раз по теореме В. А. Котельникова). Ширима
переходной зоны фильтра составляет при этом (0,2-г-0,8) F0.
Для рассмотрения инструментальных ошибок дрейфа, оши­
бок из-за шумов и наводок и динамических ошибок дискретиза­
ции сигнала удобно использовать эквивалентную схему модуля­
тора АИМ-2, приведенную на рис. 56. К такому виду можно
привести практически любую схему модулятора, так как все они
работают на принципе последова­
тельного чередования процессов за­
ряда некоторой накопительной ем­
кости схемы, в результате которых
напряжение на этой емкости уста­
навливается равным напряжению
преобразуемого сигнала, и процес­
сов, обеспечивающих сохранение
этого заряда в течение, как пра­
вило, более длительного промежутка времени. Работой ключа К
управляет синхрогенератор АЦП, обеспечивая замыкание ключа
на время т и размыкание его на время Т0—т. Интенсивность
процессов перезаряда емкости определяется величиной внутрен­
него сопротивления схемы опробования R, которое сравнительно
просто может быть определено как при расчете модулятора,
так и экспериментально.
Временные диаграммы, поясняющие работу схемы рис. 56,
приведены на рис. 57.
При R = 0 амплитуды всех импульсов АИМ-2 равны значе­
ниям сигнала в конце интервалов опробования и модуляция
сигнала происходит без искажений.
Чтобы определить характер искажения сигналов при R ^O ,
рассмотрим электрические процессы в модуляторе в интервале х.
Соответствующее дифференциальное уравнение имеет вид:
u(t) + ~ U . i t ) = - ^ - 0 ( 1 ) . (36)
Решая (36), найдем напряжение на выходе модулятора Ui(t)
для /= т< 7 о и выразим его через значение сигнала U(t) в мо­
мент времени гт, где
-[‘-Ч-.тйг)Г-“ -
о-t------------------------Lgr
Рис. 56. Эквивалентная схема
модулятора
78

79. Проделав соответствующие выкладки, получим
" , (т) = и И [1 - ехр ( _ ] + и , (0) ехр ( - . (37)
Если бы последний член в этой формуле был равен нулю,
то амплитуда каждого импульса АИМ-2 была бы пропорцио­
нальна (с коэффициентом [1—ехр (—хIRC)]) значениям сиг­
нала, отстоящим от начала опробывания па одинаковый для всех
импульсов интервал времени в тх секунд. Таким образом, по срав-
/
u(t
/
У
) у У
s '
- i
fcs
r' " u . Sx
*4/
___
)
4r
П ч
X
п
Го~^
T i * i
" Ч
X
П . г
J0 ,
X
h +з
To ,
x_
П ч
x_
Время
Положена
ключаК
! 1 'i i t 1 t
Рнс. 57. Графики, поясняющие принцип работы модулятора
я — форма плирпжсппл на выходе модулятора при R -0: б — форма напряжения па
ныходс модулятора нрн Я 1*0
нению со случаем R= 0 изменился бы только коэффициент пе­
редачи модулятора (наклон линии средних значений квантую­
щей характеристики АЦП). Чтобы эти изменения были незначи­
тельны, параметры модулятора обычно выбирают такими, что
x/RC> (2,5-т-3,0).
Присутствие в (37) члена Ui(0) ехр (—тIRC) свидетельствует
о влиянии предыдущих импульсов АИМ на амплитуду после­
дующих.
Вследствие этого сигнал на выходе демодулятора будет
представлять собой сумму большого количества исходных сиг­
налов, каждый из которых меньше предыдущего в ехр (xfRС)
раз и сдвинут по отношению к нему на период частоты опробо­
вания. При преобразовании гармонического сигнала Asin соt бу­
дет получено (рис. 53)
U. (0 = 2А ехр k sin
к=О
79

80. (38)
~ A [l + exp (---- ^ r ) cos coT0] X
X sin |ю/ — exp sin o>T0j ,
так как обычно exp ^ < 1.
Искажения, определяемые формулой .(38), являются линей­
ными: амплитудно- и фазочастотными. Они могут быть скомпен­
сированы соответствующим изменением характеристик коррек­
тора (5 на рис. 53).
Формулы (37) и (38) и вывод, сделанный на их основе, по­
лучены в предположении, что U'(t) постоянна по величине
(т< Г 0) в интервале [Ог-ьт].
При U 't=vаг из (36) получим1
y‘w=^It,(()exp(-^L)‘"- <39)о
Повторным интегрированием по частям интеграл в формуле
(39) может быть заменен его асимптотическим разложением:
и г М = J ] (,-tt.C f [j/W (т) -£/«>(0) exp (----55-) ] , (40)
ft=0
где UW(t) — значение Л-й производной сигнала.
Из (40) следует, что сигнал на выходе демодулятора при
U'{t)=v,агГ также как и при U'(t) =const, представляет србой
сумму большого числа исходных сигналов. Другими словами, и
в этом более общем случае искажения исходного сигнала яв­
ляются линейными.
Характер искажений не меняется, если R изменяется в ин­
тервале [04-т], но закон этих изменений одинаков в любом ин­
тервале опробования и не зависит от уровня преобразуемого
сигнала. Подобная ситуация складывается в тех случаях, когда
форма импульсов, управляющих работой коммутирующих эле­
ментов схемы (ключ К на рис. 56) отличается от прямоугольной.
Определим теперь характер искажения сигналов, обуслов­
ленных изменением величины R от пробы к пробе. Если внут­
реннее сопротивление схемы опробования в момент взятия i-й
пробы сигнала изменилось по сравнению с его средней величи­
ной на ARi ом, то выходное напряжение модулятора изменится
на Ai/i (Т{) — ди^ 1^ А/?/. Для определения величины
аК дк
используем в качестве исходной формулу (37), полагая сдельно
1 Здесь и в дальнейшем с целью упрощения выкладок полагаем t/| (0) =0.
80

81. упрощения выкладок t/|(0)=0. После соответствующих упро­
щении получим:
—т Ч-йтХ1'- “'Hsr)]1'™-
- т Ч ^ М ’ Н йг)]'''™ (41)
Здесь U (t) — амплитуда импульса АИМ-2, образующегося в ре­
зультате взятия /-й пробы сигнала; £/(7-) и С/^Г,)—значения
V
Л
ч r t r )Л
N
Г,(пг)
S
Рис. 58. Графики вспомогательных функций /1 н /2
сигнала и скорости его изменения во время взятия i-й пробы
сигнала,1
Графики функции fi(x/RC) и hixIRC) приведены на рис. 58.
Заменим в формуле (41) дифференциалы приращениями и
учтем при этом, что в соответствии с формулой (37)
t/x(7-,) = ^ (Г,) _ ехр ( - ^ ) ] •
1 В соответствии с формулой (37) значение сигнала н его скорости опре­
деляется для момента времени гг.
4 Заказ № 2G10 81

82. (44)
В результате получим
А«/(Г,)---- -1 Г■ФИ-*г)1,т+*Ш и'(Г‘>Ь
Причины изменения R различны. Если величина R зависит
от значения преобразуемого сигнала U(Ti) или от разности
[U(Ti)— U(Ti-i)], что часто бывает на практике, то, как это
следует из (44), ДС/(7) при этом оказывается нелинейной
функцией от U{Ti). Другими словами, нелинейный характер
сопротивления R является причиной нелинейных искажений
преобразуемого сигнала (искривление линии средних значений
АЦП). Для определения Uw(lh) можно использовать формулу
(44), полагая в ней второй член равным нулю (так как U '(fi) =
= 0).
Сопротивление схемы опробования R может изменяться от
пробы к пробе также под действием внешних факторов, напри­
мер вследствие амплитудной модуляции последовательности
импульсов, управляющих работой модулятора. В этом случае
в соответствии с (44) искажения сигнала будут носить характер
мультипликативной помехи (ошибки из-за шумов и наводок
в работе АЦП).
При преобразовании гармонического сигнала /lsinco^ при
этом будет получено
Факт паразитной амплитудной и фазовой модуляции полу­
чаемого сигнала может быть использован для эксперименталь­
ного определения характера и интенсивности модулирующей
функции ДR (t)/R.
При преобразовании сигналов произвольной формы средний
квадрат (дисперсия) ошибки преобразования в соответствии
с (44) будет равен:
Мультипликативные помехи и нелинейные искажения могут
возникать в модуляторе кроме того из-за паразитных смеще­
ний моментов опробования.
Предположим, что момент взятия i-й пробы оказался сме­
щенным относительно своего среднего теоретически правильного
и а(0 = Л sin mi {/г(-^г) ■4 sin “ / +
д ^ (;) = -I- ^ ( - J L - ) [ 1 /'(/)]■}. (45)

83. положения на Д7 сек. Напряжение на выходе модулятора ока­
жется пропорциональным при этом f/(7) + U'(Ti)ATit а не
U(Ti), как это было бы при Д7 = 0.
Ошибка преобразования в этом случае равна:
(46)
Пели ATi(l) — функция, некоррелированная с преобразуе­
мым сигналом и от него независящая, то при преобразовании
гармонического сигнала A sin со/ будет получен сигнал
U3(/) = A sin со/ Н- аМ - п^ 1 АТ (/)« A sin со[/ —АТ(/)]. (47)
д£
Эффект фазовой модуляции такого сигнала может быть ис-
пользонан для экспериментального определения модулирующей
функции AT(t).
При преобразовании сигналов произвольной формы средний
квадрат ошибок из-за шумов и наводок, обусловленный неста­
бильностью моментов опробования, равен:
ДU2(ТА = [U' (Z)]2ДТ2(/). (48)
Пели величина Д7 зависит от значения преобразуемого сиг­
нала U(Ti) или от разности [U(Ti)— U(Ti-i)], то, как следует
из (46), при этом возникают нелинейные искажения сигналов
без искривления линии средних значений АЦП.
Кроме мультипликативных помех преобразуемый сигнал мо­
жет быть искажен аддитивными помехами, если параллельно
или последовательно с зарядным сопротивлением R действует
какой-либо источник шумов модулятора. Расчет и эксперимен­
тальное определение уровня этих помех обычны.
Формулы (33), (34), (35), (38), (44), (45), (47) и (48), по­
лученные в данном параграфе, могут быть использованы для
расчета модулятора и определения параметров точности АЦП.
12. Устройства предкодовой обработки сигналов
Модуляторы АЦП могут строиться по различным схемам:
на диодах, транзисторах или лампах. Однако для работы
в быстродействующих АЦП многие из них становятся непри­
годными из-за большой величины сопротивления ключа в зам­
кнутом положении и возрастающего при высокой скорости пе­
реключения влияния паразитных емкостей и индуктивностей
элементов схемы.
Например, такая распространенная [36] и сравнительно бы­
стродействующая схема ключа, как показанная на рис. 59, мо­
жет успешно использоваться лишь при частотах опробования,
не превышающих 2—4 Мгц. Лимитирующими факторами в этом
4* 83

84. случае являются: большие значения проходных емкостей схемы,
наличие индуктивностей рассеивания и емкостей трансформа­
тора и относительно большая величина внутреннего сопротив­
ления схемы в режиме опробования.
Ниже дается краткое описание модулятора, построенного
по мостовой схеме и удовлетворительно работающего до зна­
чений F0= (15-J-20) Мгц [37].
Схема модулятора приведена на рис. 60, а временные диа­
граммы, поясняющие его работу,— на рис. 61.
Диоды моста Д г^ Д лнаходятся в проводящем состоянии (ключ
К на рис. 56 замкнут), когда потенциал точки А положителен,
а точки В — отрицателен и оба
потенциала по своему абсо­
лютному значению превышают
амплитуду Um преобразуемого
сигнала в точке Е. Сопротив­
ление моста между точками Е
и F оказывается при этом
равным дифференциальному
сопротивлению используемых
диодов ге и составляет обыч­
но единицы ом.
Внутреннее сопротивление
схемы опробования равно R= Ri+ R3+rg, где Rt — выходное
сопротивление усилителя 1. Уменьшения R можно добиться пу­
тем охвата последних каскадов усилителя цепью параллельной
отрицательной обратной
связи. Сопротивление Rz
(обычно 15—27 ом) вклю­
чено в схему с целью
сужения диапазона изме­
нения токовой нагрузки
усилителя 1 и получения
возможности увеличить
коэффициент его обрат­
ной связи без опасности
самовозбуждения. Уста­
новка Rz Дает возмож­
ность получить мини­
мальное значение сум­
марного сопротивленияR
(до 20—40 ом) и обеспе­
чить требование x/RC> (2,54-3) при удовлетворительно боль­
шом значении накопительной емкости С (до 100 пф и более).
Режим опробования устанавливается в модуляторе рис. 60,
когда диоды Дь и Д6 заперты и генератор управляющих им­
пульсов не имеет гальванической связи с точками А к В. Через
диоды моста при этом идет ток, определяемый величиной вы-
3 — генератор управляющих импульсов
Рис. 59. Амплитудно-импульсный мо­
дулятор на двух транзисторах
/ —входной усилитель; 2 —выходной уси­
литель; 3 —генератор управляющих им­
пульсов

85. сокоомиых сопротивлений и Rs и напряжением источников
£„. Благодаря этому паразитная амплитудная модуляция уп­
равляющих импульсов не оказывает влияния на величину со­
противления диодов Д 1- ь Д а и не ведет к возрастанию ошибок
в работе АЦП. Наличие развязывающих диодов Д5 и Дв дает,
кроме того, возможность существенно снизить требования к сим­
метрии управляющих импульсов, так как потенциалы точек А
и В определяются теперь не амплитудой управляющих импуль­
сов, а величиной постоянных сопротивлений Я4 и Rs, симмет­
рирование которых не вызывает затруднений.
Рис. 61. Временное диаграммы к рис. 59
1 — потенциал точки Е (непрерывный сигнал); 2 —потенциал
точки F (сигнал на выходе модулятора); а — потенциал точки
А; 4 — потенциал точки В
После завершения процесса опробования модулятор перево­
дится в другой крайний режим его работы: режим сохранения
накопленного заряда на емкости С.
. Для этого от генератора управляющих импульсов на диод
Да подается отрицательный, а иа диод Дв— положительный
импульс. Оба диода переходят в проводящее состояние, а диоды
моста запираются. Запирание диодов Д ^ Д ь будет устойчивым
(ключ К на рис. 56 разомкнут), если потенциалы точек Л и £
по абсолютному их значению будут превышать возможные зна­
чения сигнала в точке Е.
В режиме удержания происходит паразитный экспоненци­
альный разряд емкости С через входное сопротивление Яг уси­
лителя 2 с постоянной времени ЯгС.
За время, соответствующее длительности импульса включе­
ния луча кодирующей трубки (тс), изменение напряжения на
85

86. емкости С в худшем случае окажется равным
или At/m~ 2п~'о ,
так как Um= 2,,-18.
Обычно считается допустимым, если 14-2)6 при
тс= (0,24-0,4) Т0. Подстановка этих значении в (49) дает
i?2C > (0,l-bO ,4)-2n_IT0. (50)
Таким образом, стремление уменьшить С, чтобы обеспечить
наиболее полный ее заряд за время т, находится в противоре­
чии с необходимостью увеличения С для уменьшения спада
вершины импульса АИМ-2.
Выбирая С, необходимо также учитывать то обстоятельство,
что при малом С ухудшается защищенность выхода схемы от
источника аналогового сигнала (сигнал на С проходит через
паразитные емкости запертых диодов Дх-^.Д*)- Поэтому, напри­
мер, при Го«Ю0 нсек и п = 9 принимают С= (100-j-400) пф и
обеспечивают Rz> (100-4-500) ком. Такую величину входного
сопротивления Rz можно получить путем охвата усилителя
сильной последовательной отрицательной обратной связью.
Промежуточными между режимами опробования и сохра­
нения заряда являются режимы переключения диодов. Наибо­
лее ответственным является процесс переключения диодов из
проводящего состояния в непроводящее. Длительность этого
процесса определяется длительностью задних фронтов управ­
ляющих импульсов Тф. Во время переключения внутреннее со­
противление схемы опробования постепенно увеличивается до
сотен килоом. Во то же время изменение аналогового сигнала
в точке Е стимулирует закрывание одних диодов моста и пре­
пятствует закрыванию другой пары диодов.
Этот эффект приводит к нелинейным искажениям преобра­
зуемого сигнала. Искажения возникают не столько из-за нели­
нейности сопротивления R в интервале Тф, сколько из-за про­
исходящего при этом паразитного перезаряда емкости С. Вели­
чина изменения потенциала емкости пропорциональна при этом
абсолютному значению преобразуемого сигнала |£/| и дли­
тельности задних фронтов управляющих импульсов Тф. По­
этому в быстродействующих АЦП Тф составляет единицы и
даже доли наносекунд.
С выхода модулятора в соответствии со схемой рис. 52 сиг­
нал может быть подан на компрессор мгновенных значений. Ус­
тановка компрессора до модулятора при малых значениях тIRC
мо&ет привести к увеличению ошибок преобразования и по­
этому не практикуется.

87. Основой компрессора является нелинейный элемент нз двух
полупроводниковых диодов (рис. 42), включенный в цепь на­
грузки одного из каскадов усилителя [38]. Включение его в цепь
обратной связи усилителя может привести к его самовозбуж­
дению.
Для получения логарифмической характеристики компрес­
сирования, см. (23), необходимо использовать диоды, имеющие
ярко выраженный экспоненциальный участок. В этом смысле
плоскостные диоды лучше точечных, а кремниевые лучше гер­
маниевых. Диоды Д219 имеют экспоненциальный участок вольт-
ампериоп характеристики от 0,01—0,1 мка до 3—10 ма. У крем­
ниевых эпитаксиальных диодов протяженность этого участка
существенно больше и охва­
тывает 9—10 порядков изме­
нения тока. Стабилизация ха­
рактеристики компрессирова­
ния достигается помещением
диодного нелинейного эле­
мента в термостат.
Предкодовый усилитель
(5 на рис. 52) предназначен
для увеличения уровня сиг­
нала в такой степени, чтобы
максимальный его размах на
отклоняющих электродах
трубки несколько превышал
ширину зоны квантования
трубки (обычно до 60—200 в).
В большинстве случаев от­
клоняющими электродами трубки являются пластины. Измене­
ние их среднего потенциала влияет на величину тока луча
трубки, его фокусировку и даже на положение луча на маске,
т. е. ведет к понижению точности преобразования сигнала.
Чтобы уменьшить этот нежелательный эффект, устройства
предкодовой обработки должны иметь парафазный хорошо сба­
лансированный выход. Отклонение от симметрии на 1—2 в
в некоторых случаях считается недопустимым.
В процессе проектирования усилителя следует иметь в виду,
что применение элементов коррекции, приводящее к резкому
ограничению полосы частот усилителя в области верхних ча­
стот, недопустимо. При резком ограничении полосы в области
верхних частот возникает длительный переходной процесс ко­
лебательного характера, искажающий плоскую часть вершины
импульса АИМ-2 (кривая 2 на рис. 62). Колебания могут при­
вести к большим инструментальным ошибкам из-за паразит­
ных смещений луча трубки во время операции кодирования.-
Наиболее желательным является плавный монотонный спад
амплитудно-частотной характеристики усилителя (со скоростью
87
2^.
1
V '
« 3
V
t
т
Го
Рис. 62. Искажение импульсов
в предкодовом усилителе
/ —импульс па входе усилителя; 2 —им­
пульс на выходе перекорректированпото
усилителя; 3 — импульс па выходе усили­
теля, имеющего плаоныЛ спад амплитудно-
частотной характеристики в области верх­
них частот

88. до 20—40 дб на декаду при разомкнутой петле обратном связи),
приводящий к быстрому затуханию переходного процесса на
вершине импульса (кривая 3 на рис. 62).
Если преобразуемый сигнал имеет постоянную составляю­
щую, то ее восстановление удобно производить до модулятора,
а усилитель проектировать как усилитель постоянного тока.
Любая нестабильность положения амплитудной характеристики
усилителя относительно точки U= 0 ведет к появлению в АЦП
ошибок дрейфа. Нелинейность амплитудной характеристики
усилителя означает искривление линии средних значений кван­
тующей характеристики АЦП. По этой причине все каскады
усилителя обычно охватывают цепями стабилизирующей отри­
цательный обратной связи.
Коэффициент усиления усилителя в некоторых случаях до­
стигает 30 дб и более. В этих случаях необходимо обращать
особое внимание на уменьшение уровня шумов и наводок пер­
вых каскадов усилителя, используя известные методы противо­
шумовой коррекции [39]. Шумы и наводки устройств предкодо-
вой обработки сигналов являются основным источником ошибок
А‘г и их влияние может привести к значительному снижению
точности работы АЦП в целом.
В' последнем параграфе второй1главы указывалось на воз­
можность размещения модулятора после предкодового усили­
теля. Изменение порядка чередования модулятора и усилителя
накладывает существенной отпечаток на принципиальные
схемы модуляторов и всех других предкодовых узлов АЦП.
Резко упрощается усилитель. Паразитные емкости отклоняю­
щих пластин могут использоваться теперь в качестве накопи­
тельных емкостей модулятора. При этом часто автоматически
увеличивается протяженность зоны ограничения квантующей
характеристики из-за возникающего разряда накопительной ем­
кости модулятора током отклоняющих пластин, который появ­
ляется при больших отклонениях электронного луча. Надоб­
ность в дополнительной цепи формирования импульсов стар­
шего разряда (рис. 51) отпадает.
Но в этом случае существенно усложняется модулятор. Он
должен быть двухтактным и работать при высоких выходных
уровнях преобразуемых сигналов (до 304-50 в по каждому
плечу). Использовать полупроводниковые диоды для его по­
строения не удается, так как требования быстроты переключе­
ния (единицы наносекунд), малого сопротивления в проводя­
щем состоянии (единицы ом) и больших значений обратного
напряжения (более 604-100 в) взаимно противоречивы и удов­
летворительных диодов не существует. Вакуумные диоды ока­
зываются непригодными из-за большого внутреннего сопротив­
ления и значительных паразитных емкостей.
Пожалуй единственным элементом, пригодным для построе­
ния модулятора, является лампа со вторичной эмиссией.
88

89. Зависимость тока динода лампы 6В1П от разности напря­
жений между ее анодом и динодом приведена на рис. 63. Из ри­
сунка следует, что при свободном диноде между ним и анодом
может возникнуть электронный контакт с постоянной раз­
ностью потенциалов, соответствующей точке ta==0. Время уста­
новления электронного контакта, определяемое процессами, про­
исходящими в лампе, составляет доли наносекунд. Внутреннее
сопротивление контакта зависит от интенсивности электронного
потока и при предельно допустимых значениях анодного тока,
составляющих сотни миллиампер в импульсе, оно равно 1000—
1500 ом для лампы 6В1П и 60—150 ом для ламп 6В2П и 6ВЗП,
т. е. все-таки достаточно велико.
Рис. 63. Зависимость тока динода от
разности потсицналоп между анодом
и динодом лампы 6В1П
Большой анодный ток лампы в режиме, обеспечивающем
электронный контакт (до 500—700 ма), может привести к ошиб­
кам в работе модулятора.
Схема одного плеча модулятора на лампе со вторичной
эмиссией приведена на рис. 64 [40]. Источник аналогового сиг­
нала соединен с анодом лампы через триод Лг и резистор Rq.
Большую часть анодного тока лампы Л1 принимает на себя
лампа Лг. Сопротивление Rq обеспечивает перезаряд паразит­
ной емкости Са в режиме сохранения заряда С, когда обе
лампы заперты по управляющей сетке лампы Л. Если Ro вы­
брано неправильно, то в модуляторе возрастают нелинейные
искажения из-за плохой передачи отрицательных перепадов сиг­
нала (зависимость R от U в схеме рис. 56). Обычно 7?o^(300-f-
-s-500) ом и ток, потребляемый модулятором (рис. 64) по цепи
сигнала, составляет 20—40 ма.
Основным недостатком модуляторов на лампах со вторич­
ной эмиссией является их громоздкость и неэкономичность.
Главными причинами искажений сигналов являются большая
величина зарядного сопротивления, плохая защищенность
Рис. 64. Модулятор на лам­
пе со вторичной эмиссией

90. выходной цепи от сигнального и управляющего входов схемы
(влияние паразитных емкостей) и значительный анодный ток
лампы.
Построение цепей предкодовой обработки сигналов по схеме
•«усилитель-модулятор» следует считать целесообразным в тех
случаях, когда уровень исходного аналогового сигнала доста­
точно велик, а частота дискретизации не превышает 1—2 Мгц.
13. Управление кодирующей трубкой
В процессе аналого-цифрового преобразования сигналов ко­
дирующая трубка периодически переводится из запертого со­
стояния в открытое с помощью импульсов, подаваемых на се
катодно-модуляторный узел.
Режим работы трубки в открытом состоянии устанавли­
вается обычно близким к номинальному, соответствующему
наибольшему значению тока луча и наилучшей его фокуси­
ровке.
Изменение тока, происходящее в переходных режимах, ко­
гда трубка переводится из запертого состояния в открытое и
обратно, в некоторых случаях связано с дефокусировкой луча и,
следовательно (гл. 5), с понижением точности работы АЦП.
Поэтому длительность переходных режимов обычно ограничи­
вают 10—20% длительности интервала тс, когда трубка открыта
полностью. Длительность фронтов импульсов Тф, управляющих
работой трубки, не превышает при этом (0,05-г-0,1)тс.
Формирование импульсов включения луча при больших
значениях хс производится с помощью обычных спусковых
схем. В тех же случаях, когда тс исчисляется десятками нано­
секунд, а Тф— наносекундами, для этой цели можно использо­
вать диоды со ступенчатым восстановлением обратного сопро­
тивления [41].
В этих диодах процесс перехода из открытого состояния
в закрытое осуществляется за единицы и доли наносекунд, не­
смотря на то, что перед этим диод длительное время находится
в проводящем состоянии при наличии запирающего напряже­
ния. Свойством скачкообразного перехода из открытого состоя­
ния в закрытое обладают, в частности, диоды 1А401 и Д311.
Поэтому если на левую часть схемы рис. 65, а подать гар­
моническое напряжение частоты F0 (рис. 65, б, кривая /), то
на ее промежуточном выходе в точке 2а это колебание будет
деформировано так, как это показано на рис. 65, б (кривая 2).
Использование короткозамкнутого отрезка коаксиального ка­
беля РКг, присоединенного к нагрузочному сопротивлению R„,
дает возможность преобразовать крутые перепады напряжения
на диоде Д в почти прямоугольные импульсы (кривая 3 на
рис. 65, б; точки 2а и 26 на рис. 65, а при этом должны быть со­
единены). Указанная на схеме рис. 65, а индуктивность L обес-

91. печивает развязку формирующей части схемы от усилителя
гармонических колебаний (точка 1). Отрезок кабеля PKi вклю­
чен в схему, чтобы отражения от замкнутого конца кабеля РКг
не нарушали работу диода. Изменение величины автоматиче­
ского смещения UR дает возможность установить оптимальный
режим работы схемы (регулировка амплитуды выходных им­
пульсов и их положение во времени).
Рис. 65. Формирование импульсов включения луча трубки на диоде с на­
коплением заряда (Го/Тс» 10-т-100)
а — принципиальная схема; б — временные диаграммы; / — на входе схемы в точке
/; 2 — о точке 2а; 3 — на выходе схемы в точке 3
Приведенная на рис. 65 схема, построенная на параметриче­
ском диоде 1А401В, дает возможность получить импульсы пря­
моугольной формы с фронтами до 1 нсек и амплитудой 8— 10 в
при эффективном значении гармонического напряжения иа
Дг До
Рис. 66. Формирование импульсов на диодах с накоплением за­
рядов (Г0/то= 1,3—5)
о — принципиальная схема; б — временные диаграммы; / —на входе схе­
мы в т. /; 2 — на выходе схемы в т.2
входе схемы, равном 6—8 в, частоте следования импульсов до
lO-f-20 Мгц и скважности порядка 10—100. На ее основе могут
строиться устройства формирования импульсов включения луча
трубки (7 на рис. 52) и генераторы управляющих импульсов
(3 на рис. 59 и рис. 60).
При необходимости формирования последовательности им­
пульсов со скважностью, приближающейся к двум [тс« ( 0,3-с
-т-0,5)Го] можно воспользоваться схемами, подобными приве­
денной на рис. 66, а [31]. Получение необходимой длительно­
сти и полярности импульсов в этой схеме достигается соответ­
ствующим выбором величин напряжений £j и Е%, определяемых
91

92. типом стабилитронов Д2 и Л. Временная диаграмма, поясняю­
щая процесс формирования выходного напряжения, приве­
дена на рис. бб, б.
Формирующая часть генератора импульсов включения луча
обычно располагается вблизи цоколя трубки. Наиболее целе­
сообразная схема соединения генератора с кагодно-модулятор­
ным узлом трубки показана на рис. 67. Использование цепи
автоматического смещения 3 дает возможность стабилизиро­
вать величину тока луча трубки. Небольшое антипаразнтное
сопротивление в цепи модулятора дает возможность избежать
осцилляций тока трубки, обусловленных крутыми фронтами им­
пульсов включения луча и на­
личием паразитных емкостен
и индуктивностей модулятора.
Длительность импульса
включения луча тс опреде­
ляется частотой опробования
и принятой схемой АЦП
(гл. 2).
В высокоскоростных АЦП
дискретизация сигналов во
времени производится в пред-
кодовых цепях, а в самой
трубке осуществляется повторное опробование сигнала в мо­
менты времени, когда к отклоняющим электродам трубки при­
ложена плоская вершина импульса АИМ-2 (рис. 18). При
этом тс соизмеримо с Го: тс< Г 0—х.
В некоторых случаях дискретизация сигнала перед его по­
дачей на вход трубки может не производиться. Функция опро­
бования возлагается при этом полностью на трубку (гл. 2).
При таком построении АЦП в предкодовой цепи нет модуля­
тора, а ее усилитель существенно упрощается. К сожалению,
такой способ дискретизации сигналов не всегда приемлем из-за
малых требуемых при этом значений гс.
Если трубка включена на тс секунд, то под действием изме­
няющегося сигнала на ее отклоняющих электродах электрон­
ный луч сместится по кодовой маске на к шагов квантования.
Очевидно, что
Рис. 67. Схема узла включения луча
трубки:
1— устройство формирования импульсов
включения луча; 2 —кодирующая трубка;
3 — цепь автоматического смещения
К= гкс, (51)
где о — скорость изменения сигнала в интервале [тс], выражен­
ная в 6„ сек.
Смещение луча может привести к ошибкам преобразования.
Построение маски по коду Грея (вместо простого кода) устра­
няет только ошибки положения луча (ошибки неоднозначности
считывания, гл. 2, х = 0) и не может устранить ошибки, вызван­
ные его смещением (хфО).
92

93. На рис. 68 приведен пример, иллюстрирующий возникнове­
ние ошибок смещения. Смещение луча по кодовой маске, вы­
полненной по закону кода Грея, из положения / в положение II
(и*»2бп) приводит к появлению импульсов одинаковой ампли­
туды в коллекторах 2, 3 и 6 (рис. 68, б). В шестиразрядном
АЦП при этом будет сформирована группа 011001, соответст­
вующая 17-му условному уровню, вместо группы 001000, соот­
ветствующей уровню № 15 (средне'е положение луча в интер­
вале [тс]), т. е. ошибка смещения будет равна 2бп.
Рис. 68. Иллюстрация процесса формирования кодовых
групп при сползании луча (код Грея)
а — участок кодовой маски; / и / / — начальное н конечное поло­
жение электронного луча; б — форма тока а цепи коллекторов
трубки (толщина луча близка к нулю); в — форма импульсов па
выходе послекодового интегрирующего усилителя; г —кодовые по-
сылхн на выходе АЦП
Амплитуда и средне-эффективный уровень ошибок смещения
(их дисперсия) могут быть существенно уменьшены, если на
пороговое устройство стандартизатора импульсов подавать им­
пульсы, амплитуда которых пропорциональна интегральному
значению тока соответствующего коллектора за интервал [тс]
(рис. 68, в).
В приведенном примере при этом будет сформирована кодо­
вая группа № 15 и ошибка смещения луча будет равна нулю.
Анализ показывает, что если узлы стандартизатора импуль­
сов управляются интегральными значениями токов коллекто­
ров, а толщина луча трубки много меньше 8П, то преобразова­
ние сигнала осуществляется без ошибок при смещении луча до
четырех шагов квантования. При этом кодируется значение
сигнала, соответствующее среднему положению луча (положе­
нию луча в середине интервала тс). Если луч за тс секунд

94. сместится на величину от 4бп до 86п, то ошибка смещения бу­
дет, как правило, равна бп н не превысит 2бп. При смещении
на (8-М6)6п ошибка смещения будет, как правило, равна 2бп
и не превысит 4бп-
Так, при изменении сигнала на ббп от центра 5-го услов­
ного уровня до центра 11-го условного уровня (см. рис. 2) ин­
тегральное значение тока коллектора третьего разряда будет
равно 3,5/6 от максимального, четвертого разряда — 6/6, пя­
того—2/6, шестого — 3,5/6 от максимального. Поэтому вместо
группы 001100, соответствующей 8-му условному уровню, ока­
жется сформированной группа 001101, соответствующая уровню
№ 9, т. е. ошибка смещения будет равна одному шагу кван­
тования.
В другом примере, когда луч смещается во время операции
квантования на 126ц с 5-го до 17-го уровня, интегральные зна­
чения токов будут равны 1,5/12 от максимального для второго
разряда, 9,5/12 —для третьего и 6,5/12, 4,5/12, 6/12 —для после­
дующих. Вместо группы 001110, соответствующей 11-му услов­
ному уровню, будут сформированы группы 001101 или 001100,
соответствующие 9-му и даже 8-му уровню, т. е. ошибка смеще­
ния составит (2-5-3) бп-
В реальных АЦП из-за увеличенной толщины луча трубки
[ ( d n = ( 1 - ь 2 ) б п ] и не идеального интегрирования коллекторных
токов величина допустимого смещения луча, не приводящего
к увеличению ошибок преобразования, уменьшается до (1-5-
-5-2) бп-
В АЦП с дискретизацией сигнала с помощью трубки во из­
бежание динамических ошибок смещения луча длительность
времени его включения в соответствии с (51) не должна превы­
шать ВеЛИЧИИЫ (1-ь2) бп/Иманс-
Для количественного представления получающихся при этом
значений тс рассмотрим случай преобразования сигнала, кото­
рый представляет собой нормальный случайный процесс с ну­
левым средним значением и дисперсией а2 и имеет равномерную
спектральную плотность средней мощности в полосе частот от
до fiB-
Известно [42], что для таких сигналов значения скоростей
изменения, определенные для различных моментов опробова­
ния, распределены по нормальному закону с нулевым средним
значением и дисперсией
sa = у (й ?, + 2 „2 о+ 2 »).
Будем считать, что uMai«c=2,5s, и предположим, что a«0,25t/orp=
=0,25 2п-16„.
Тогда даже при й„=2я*2 Мгц, fi„=0 и п = 8 получим
Тс < (1у- 2Г°п= (1,7 3,4) нсек.
94

95. При £2п=2я 6 Мгц, fi„=0 и п=9 следует, что тс<(0,3ч-
-fc0,6) нсек.
Уменьшению длительности импульса включения луча трубки
сопутствует уменьшение энергии импульсов на выходе трубки
и возрастание относительного уровня наводок, т. е. ухудшение
отношения сигиал/шум на выходе трубки и снижение точности
работы АЦП.
Дискретизацию сигнала целесообразно осуществлять с по­
мощью трубки в тех случаях, когда требуемое значение тс пре­
вышает минимальную длительность включения луча, а сниже­
ние точности незначительно.
При высоких значения^ скорости и точности работы АЦП
использование предварительного опробования сигналов явля­
ется обязательным.
Г Л А В А П Я Т А Я
ПОСЛЕКОДОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ
14. Общие положения
В большинстве кодирующих трубок положение луча по стро­
кам кодовой маски не стабилизировано. При включении луч
может попасть в отверстие маски либо на се поверхность, либо
же частично в отверстие и частично на поверхность. Когда луч
попадает в отверстие маски, амплитуда импульса в соответ­
ствующем коллекторе максимальна. Частичное попадание луча
в отверстие уменьшает его амплитуду. Таким образом, сигнал
на выходе трубки оказывается представленным в импульсной
форме. Перевод сигнала из импульсной формы в цифровую и
завершение тем самым процесса аналого-цифрового преобразо­
вания является основной, функцией цепей послекодовой обра­
ботки сигналов.
Цепь (или цепи в трубках с параллельным выходом) со­
стоит из усилителя и стандартизатора амплитуды, формы и
временного положения импульсов.
Амплитудная характеристика цепи имеет пороговый харак­
тер (рис. 17). Импульсы, амплитуда которых больше порогового
значения, преобразуются в импульс стандартной формы. Им­
пульсы, амплитуда которых меньше порогового значения, на
выход АЦП не проходят.
Форма амплитудной характеристики цепи оказывает значи­
тельное влияние на точность работы АЦП. Наивысшая точность
достигается в том случае, когда пороговая линия, проведенная
на коллекторной амплитудной характеристике трубки (пунктир
на рис. 16), пересекает эту характеристику в равноотстоящих
95

96. друг от друга точках, соответствующих границам отверстий
кодовой маски (рис. 16).
Любое смещение порога может трактоваться как изменение
положения границы отверстий кодовой маски. Причем, как это
следует из графических построений, подобных приведенному на
рис. 16, увеличению уровня порога соответствует уменьшение
отверстий маски, а его уменьшению — их расширение.
Если величину отклонения порога в /-м разряде АЦП от
его оптимального положения обозначить через A D j, то эквива­
лентное ему отклонение границ шагов квантования будет равно:
AD]
SH
(52)
где Sn — крутизна коллекторной характеристики /-го разряда
в области £-й границы.
Величину ADj в общем случае следует рассматривать как
случайную. На ее значение влияет неточность установки порога,
медленные изменения коллекторного тока трубки во времени,
наводки на коллектора трубки и узлы цепей послекодовой об­
работки сигналов и различного рода флуктуации. Поэтому
амплитудная характеристика послекодовой цепи, полученная
в результате многократно выполненных измерений, будет иметь
вид, подобный приведенному на рис. 69. Заштрихованная на
рисунке зона называется переходной. Ее ширину в дальнейшем
будем обозначать через Adj. При попадании импульсов в пере­
ходную зону на выходе АЦП может образоваться как импульс
«1», так и пробел «О», т. е. в этой зоне однозначная связь между
амплитудой сигнала и видом посылки отсутствует.
Средний квадрат отклонений границ шагов квантования,
обусловленных отклонением положения пороговой линии от
оптимума, в соответствии с (52) равен:
В этой формуле / принимает значения в зависимости от номера
границы i в соответствии с таблицей используемого кода.
96

97. В большинстве случаев можно считать, что |S,i| зависит
только от / и не зависит от i. Тогда
Л?= 2- 4 - 2 ' -(п-1) AD2 I + 2-
! АР2
-щ -'
(53)
Полученная формула свидетельствует о том, что не все по-
слекодовые цепи влияют на точность работы АЦП одинаково:
наибольшее воздействие оказывают цепи самого младшего раз­
ряда, определяющего положения 2"-1 границ шагов квантова­
ния, и наименьшего — старшего разряда. Поэтому цепям млад­
шего разряда АЦП при его проектировании и эксплуатации не­
обходимо уделять наибольшее внимание, создавая условия,
обеспечивающие минимальные значения AD„, и добиваясь наи-
лучшен фокусировки луча в этом разряде (наибольшее значе­
ние S„).
С целью упрощения последующих выкладок будем полагать,
что ADj и Sj не зависят от / и равны AD и 5 соответственно
и поэтому
Значение AD2, как и значения АП,2, в. каждом разряде зави­
сит от закона распределения значений АР в переходной зоне.
При нормальном законе распределения ДП2« (д ц )2+0,04Дй2.
При распределении по закону арксинуса Д£>2= (Д £ )2+0,12Д^2.
Поэтому обычно Д 02= ( д п ) 2+ (0,04-^0,12) ДсР и, следовательно,
^ 2 _ (АР)8 + (0,04 -f- 0,12) Ad3
(54)
Максимальное значение hi при этом равно
и __ ДОмокс _ | ДО | + 0,5Дй /Сс
« м а к с ----------£ ----- ------------------ £ ------------• (O0J
О степени влияния послекодовых цепей на точность работы
АЦП можно судить из следующего численного примера. При
AD = 2 мка и Aci= 1,0 мка для АЦП с трубкой, имеющей
S = 7 мка/шаг (/Макс=Ю мка, dn~2bn), из (54) и (55) сле­
дует, что
V H «0,283п и (А,)„аке~0,368п.
Использование формул (53), (54) и (55) дает возможность
определить ожидаемую степень снижения точности АЦП под
действием любого паразитного фактора работы цепи послеко-
довой обработки сигналов.
97

98. 15. Послекодовые усилители
Основным функциональным узлом цепи послекодовой обра­
ботки сигналов является стандартизатор импульсов. Предшест­
вующий'ему усилитель предназначен в-первую очередь для того,
чтобы поднять уровень сигнала, получаемого с коллекторов
трубки, и таким образом снизить влияние погрешностей уста­
новки, дрейфа и флуктуаций порога срабатывания стаидарти-
затора на точность работы АЦП.
Обозначим разность между уровнем порога срабатывания
стандартизатора и его оптимальной величиной через AU„ вольт,
коэффициент усиления усилителя через К и его входное сопро­
тивление— через Za. Тогда АВмаис= -ЛгУ,"^1а,'- , а, учитывая
a IAl |
(54) и (55),
h (А1/П)макс
макс SK Z»
И - 2 ( L U n f + ( 0 , 0 2 ч - 0 , 0 6 ) [ ( Д У п ) м а к с - " Д Ь п}2
1~ Iz„ р
Формулы (56) свидетельствуют, что увеличение коэффици­
ента усиления К всегда способствует повышению точности ра­
боты АЦП. Его минимальное значение может быть определено
из (56) по заданным значениям hMако и hi2 (гл. 3).
В процессе разработки усилителя значительное внимание
приходится уделять мерам по снижению уровня его собственных
шумов. Шумы увеличивают переходную зону амплитудной ха­
рактеристики послекодовой цепи и снижают тем самым точ­
ность работы АЦП. Если через Рт' обозначить величину сред­
ней мощности шумов, приведенных ко входу усилителя, то
в соответствии с (54) средний квадрат отклонений границ ша­
гов квантования, обусловленных действием шумов, будет
h] =
S’ IZhI
(57)
Методы уменьшения шумов послекодовых усилителей обыч­
ны [39].
Ширину переходной зоны амплитудной характеристики по­
слекодовой цепи увеличивают также наводки, действующие на
входные цепи усилителя. Сопротивление связи между источни­
ком наводки и усилителем в большинстве случаев намного
превышает величину его входного сопротивления. Поэтому изме­
нения |2П| не оказывают заметного влияния на Дd и един­
ственным способом уменьшения Ad остаются меры конструктив­
ного характера, увеличивающие величину сопротивления связи.
Иначе обстоит дело с наводками от соседних коллекторов.
Из-за межколлекторных емкостей трубки и емкостей монтажа
98

99. часть энергии импульса (в основном с двух соседних коллекто­
ров) может попасть в цепь данного коллектора или часть энер­
гии импульса из данного коллектора может ответвиться в со­
седние цепи других разрядов АЦП.
В обоих случаях изменяется амплитуда импульса в рассмат­
риваемом коллекторе. По своему результирующему действию
это эквивалентно отклонению границ шагов квантования АЦП.
Отклонения любой границы неизменны по величине и направ­
лению и определяются только сопротивлением связи, значением
Z,, и законом построения кодовой маски. Иными словами, влия­
ние межколлекторных емкостей сводится к увеличению инстру­
ментальных ошибок преобразования.
Выведем формулу, связывающую Лмпкс с величиной межкол-
лскторных емкостей Ст. Наибольшая разность напряжений
между коллекторами при положении луча на границе шага
квантования данного разряда равна [ / Ма к с |2 п | —0,5 / макс | Z H| J.1
Сопротивление связи между коллекторами определим для ча­
стоты, на которой имеет место максимум энергии импульсов на
выходе усилителя 0,5/тс). Оно равно ■ ■ = - *с—■ Опре-
2я/С кк яС кк
деляя наибольшее изменение тока на входе усилителя, обуслов­
ленное влиянием двух коллекторов, и подставляя полученное
значение Д Ц Макс в (55), получим
h — яСкк 12,1* /макс . (58)макс тс £
Из (58) следует, что влияние межколлекторных емкостей
на снижение точности работы АЦП возрастает при повышении
его быстродействия (уменьшения тс).
Увеличение входного сопротивления усилителя |Z„|, как
следует из (56), увеличивает точность работы АЦП. Последняя
формула (58) свидетельствует об обратном. Поэтому при проек­
тировании АЦП величина ZHдолжна выбираться на основе ком­
промиссного учета (56) и (58). При этом следует также иметь
в виду влияние на Z„ паразитных емкостей коллекторов и необ­
ходимость обеспечения достаточной широкополосностн цепи
послекодового усиления импульсов коллекторного тока.
При Fo—ЮМгц и п —9 активную часть Z,, принимают обычно
равной 100— 400 ом.
Требования к линейности амплитудной характеристики уси­
лителя довольно низкие. Характеристика должна быть линейна
в зоне, ширина которой (по выходу усилителя) несколько пре­
вышает 2 ( Д £ / П)ы а к с, а центр совпадает с порогом стандартиза-
тора. Коэффициент усиления нелинейного усилителя опреде­
ляется применительно к этой зоне. За пределами линейной зоны
усилитель может иметь ярко выраженные участки ограничения.
1 Здесь н о дальнейшем с целью упрощения выкладок полагаем /Шш=0.

100. Их форма и протяженность на точность работы АЦП заметного
влияния не оказывают.
Как указывалось в гл. 4, для уменьшения погрешностей пре­
образования, обусловленных смещением луча трубки во время
кодирования проб сигнала, перед устройством стандартизации
импульсов необходимо располагать цепи их интегрирования
в интервале тс. Функция интегрирования возлагается обычно
на послекодовый усилитель. Желаемый эффект достигается ог­
раничением полосы частот усилителя сверху, сам усилитель при
этом упрощается.
Однако ограничению полосы неизбежно сопутствует увели­
чение длительности импульсов и появление межснмвольиых по­
мех (динамических ошибок преобразования): предыдущие им­
пульсы оказывают влияние на амплитуду последующих.
Пусть импульс амплитудой Um=KImxcZn имеет в сосед­
нем тактовом интервале выброс амплитудой k ilm. При отсут­
ствии импульса выброса естественно нет. Поэтому среднее сме­
щение порога послекодовой цепи равно
К |Z „ ! К г ,
Подстройкой порога стандартизатора можно устранить систс-
мэтическую составляющую его отклонения. Будем поэтому по­
лагать, что AD= 0. __
Подставляя значения AD и Ad в (54) и (55), получим
=0,5 /макс AUm
(59)
Формулы. (59) дают возможность сформулировать требования
к переходной характеристике усилителя в области верхних ча­
стот. Обычно в АЦП AUm не превышает нескольких процентов
от Um.
Послекодовый усилитель может быть выполнен либо как
усилитель постоянного, либо как усилитель переменного тока.
Во втором случае несколько уменьшаются габариты усилителя,
уровень тепловых шумов и искажения, вызванные пульсациями
источников питания.
Вместе с тем в усилителе, полоса пропускания которого
ограничена снизу, увеличиваются межсимвольные низкочастот­
ные помехи, проявляющиеся во влиянии групп предыдущих
импульсов на амплитуду импульсов, следующих за ними.
Применение управляемых систем восстановления постоян­
ной составляющей [43] в данном случае затруднено, так как
из-за ограничения полосы частот сверху длительность импуль­
сов увеличена и поэтому в сигнале отсутствуют участки, кото­
100

101. рые могли бы быть использованы при работе ВПС в качестве
базовых.
Удовлетворительным решением является построение усили­
теля таким образом, чтобы каждая однополярная импульсная
л г 1 VJ
I, То I
/у л ( А Д А / ,
x n z / 1 IAL
Рис. 70. К преобразованию однополярных импульсов тока (а)
в двухполярные импульсы напряжения (б)
посылка тока превращалась в нем в двухполярный импульс на­
пряжения (рис. 70 и 71). Такие импульсы не содержат постоян­
ной составляющей, а интенсивность прилегающего к ней спектра
частот очень мала (рис. 72).
Амплитуду второй полуволны
импульса с достаточной точ­
ностью можно считать про­
порциональной интегральному
значению тока коллектора
в данном цикле кодирования.
Преобразование последо­
вательности токовых посылок
(рис. 70, а) в последователь­
ность двухполярных импуль­
сов (рис 70, б) не приводит
к чрезмерным амплитудным
межеймвольным искажениям
этой полуволны. Обратный
переход от двухполярных им­
пульсов к однополярным мо­
жет быть осуществлен
Рис. 71. Двухполярные импульсы на­
пряжения при различных параметрах
формирующего контура
мощыо любой нелинейной схемы, пропускающей только положи­
тельные полуволны последовательности.
Формирование двухполярных импульсов может произво­
диться с помощью колебательного контура с большим затуха­
нием, включенного в коллекторную цепь транзистора. Указан­
ные на рис. 71 значения а и мр равны:
1
2/?фСф
101

102. где Ьф— индуктивность контура; Сф— его емкость и Яф— па­
раллельное ему сопротивление. При использовании трубок с па­
раллельным выходом обычно принимают сор« я /тс. Значение и
определяется исходя из того, что амплитуда каждой последую­
щей полуволны импульса, начиная со второй, в е " р раз
меньше предыдущей, т. е.
При использовании двухполяриых импульсов каскады уси­
лителя могут рассчитываться на передачу спектра частот, на­
чиная с частоты (0,1-^-0,2) сор, так
как в полосе частот [0-^0,2а)р] прц
а/ё>р< 1,0 сосредоточено меньше
1% полной энергии двухполяр­
ного импульса, а максимум энер­
гии приходится на частоту, не­
сколько меньшую top.
В качестве преобразующего
контура часто оказывается удоб­
ным использовать трансформа­
торы. Использование такого
трансформатора с понижающей
вторичной обмоткой в последнем каскаде усилителя в случае
его работы на отрезок коаксиального кабеля дает возможность
достичь лучшего согласования каскада с кабелем и получить
в 2—3 раза большее выходное напряжение, чем обычно.
В прецезионных АЦП желательно применение порогового
АРУ. Если требования к точности работы АЦП не высоки, то
для стабилизации амплитуды импульсов на выходе усилителя
можно ограничиться охватом усилителя стабилизирующими ли­
нейными обратными связями и автоматическим смещением
в цепи катода трубки (рис. 67).
Если амплитуды всех импульсов на выходе усилителя изме­
нятся в (1 + Р) раз, то середина импульса на выходе стандар-
тизатора сместится на 0,5pt/m в и несовпадение установлен­
ного значения порога всей послекодовой цепи с оптимальным
значением окажется равным:
Рис. 72. Форма спектра импуль­
сов-
1 — однополярный косинусоидальной
формы; 2 — доухполярпой формы
«/Шр -0.5
AD =
0,5?£/м
' K Z n
=0,5р/м1
т - е * ^макс —
0,53мг
(61)
В качестве регулирующего элемента узлов автоматической
регулировки усиления импульсов можлт использоваться любая
IC2

103. спусковая схема, ширина переходной зоны амплитудной харак­
теристики которой не превышает сотых долей амплитуды Um
запускающих импульсов. Однополярные импульсы с выхода
схемы преобразуются в аналоговую форму фильтром нижних
частот (постоянная времени —доли секунды) и, образовавшееся
постоянное напряжение воздействует на регулирующий элемент
усилителя. В качестве последнего может быть использован кас­
кад на транзисторе с нагрузкой в цепи коллектора, в эмиттер
которого включен диод. Изменение тока в диоде приводит к из­
менению величины его динамического сопротивления и к изме­
нению тем самым глубины отрицательной обратной связи
каскада.
Итак, послекодовые усилители прецезионных АЦП должны
проектироваться как малошумящне с пороговыми АРУ и необя­
зательно линейной амплитудной характеристикой. Полоса про­
пускания усилителя должна быть ограничена сверху и может
быть ограничена снизу. Форма переходной характеристики уси­
лителя в последнем случае должна быть такой, чтобы однопо­
лярные импульсы тока преобразовывались в нем в двухполяр­
ные импульсы напряжения.
Методика расчета послекодовых усилителей незначительно
отличается от расчета обычных усилителей. Полученные фор­
мулы дают возможность определить необходимые для этого
данные.
16. Стандартизаторы импульсов
Основным узлом стандартизатора импульсов является поро­
говая спусковая схема, запуск которой производится импуль­
сами с выхода усилителя, а возврат в исходное состояние—
либо под действием внутренних сил
схемы, либо под действием специ­
альной импульсной последователь- g
ности с выхода синхрогенератора
АЦП.
Для работы на скоростях до
1—5 млн. дв. ед. в секунду исполь­
зуются обычные блокинг-генера-
торы, мультивибраторы и триггеры.
Увеличение скорости ведет к услож­
нению пороговых схем. В частности, в триггерах функции пере­
вода его из одного состояния в другое и функции удержания
триггера в заданном состоянии разделяются. Транзисторы ис­
пользуются в ненасыщенных режимах и переключаются токи,
а не напряжения. Уменьшение влияния паразитных емкостей
достигается дополнительным использованием эмиттерных повто­
рителей. Широкое применение находят туннельные диоды.
На рис. 73 в качестве примера быстродействующей поро­
говой схемы приведена оригинальная схема на туннельных
103
Рис. 73. Одиовибратор на двух
туннельных диодах

104. диодах [44]. По принципу действия — это сдвоенный одновибра-
тор. В исходном положении рабочая точка обоих туннельных
диодов находится на первой восходящей ветви их вольт-ампер-
ной характеристики. Импульс, подаваемый на вход схемы, пере­
водит оба диода в высоковольтное состояние и рабочие точки
диодов оказываются на диффузионных ветвях. Возникающий
при этом скачок напряжения прикладывается к параллельному
соединению нагрузки R2 и цепи L, Ri и Е. Постепенное нараста­
ние тока в индуктивности L завершается лавинным процессом,
возвращающим оба диода в низковольтное состояние.
Схема рис. 73 обладает однонаправленностью действия
(вследствие компенсации импульсных токов в обмотке транс­
форматора) и высоким быстродействием (до 500 мли. дв. ед.
в секунду) при повышен­
ной нагрузочной способ­
ности и чувствительности
50—200 мв.
Схемы па туннельных
диодах, как и большин­
ство спусковых схем,
имеют узкую переходную
зону. Однако дрейф их
порога срабатывания во
времени и зависимость
его от температуры могут
быть значительными. На
длительность и ампли­
туду формируемого импульса оказывает существенное влияние
амплитуда, форма и длительность запускающих импульсов.
Чтобы уменьшить это влияние на характеристику всей по-
слекодовой цепи, перед спусковой схемой можно установить
двухсторонний ограничитель, например токовый ключ (переклю­
чатель тока) [45].
Принципиальная схема обычного токового ключа и его
амплитудная характеристика приведена на рис. 74. При низком
потенциале на входе правый транзистор ключа открыт и его
ток создает на высокоомном сопротивлении R такой потенциал,
что левый транзистор оказывается запертым. Повышение по­
тенциала на входе схемы ведет к открыванию левого транзи­
стора и запиранию правого. Ширина переходной зоны ключа
ДВ обычно составляет 100—200 мв. Дрейф центра зоны незна­
чителен. Динамический диапазон ключа по входу исчисляется
вольтами. Транзисторы работают в ненасыщенном режиме,
близком к режиму заземленной базы. Поэтому предельное
быстродействие таких схем достигает нескольких сот млн. дв. ед.
в секунду.
Идентичности формы запускающих импульсов можно до­
биться стробированием импульсов с выхода усилителя. Строби-
104
Рис. 74. Принципиальная схема токового
ключа (а) и его амплитудная характери­
стика (б)

105. роваиие импульсов необходимо и по другой причине. В резуль­
тате интегрирования кодовые импульсы на выходе усилителя
имеют малую крутизну переднего фронта. Вследствие этого
момент запуска спусковой схемы от таких импульсов будет за­
висеть от амплитуды импульса. Другими словами, спусковая
схема будет преобразовывать изменения амплитуды импульсов
в изменения их временного положения. Сигнал, состоящей из
двоичных посылок, имеющих значительную девиацию во вре­
мени, строго говоря, не может быть назван цифровым. Работа
ЭВЦМ с таким сигналом затруднена.
Рис. 75. Стаидартизатор импульсов
а — принципиальная схема; б — предельные положения рабочих точек на
оольтаммсрпоП характеристике туннельных днодои схемы
Стробирование импульсов перед спусковой схемой дает воз­
можность получить на выходе АЦП сигнал в чисто цифровой
форме.
Процесс стробирования импульсов может быть совмещен
с процессом их двухстороннего ограничения. В этом случае со­
противление R токового ключа (рис. 74) заменяется генерато­
ром тока, управляемым строб-импульсами. В качестве послед­
него используется одно из плеч другого токового ключа.
Стробирование импульсов до спусковой схемы может при­
вести к ошибкам, возникающим из-за несовпадения строба
с максимумом кодового импульса на выходе усилителя. Такое
может иметь место как из-за ошибок инструментального харак­
тера, так и из-за смещения луча по кодовой маске во время
операции кодирования. Ошибки стробирования обычно неве­
лики. Устранить их полностью можно, если в качестве стан-
дартизатора использовать несколько каскадно включенных спу­
сковых схем, работа которых во времени управляется им­
пульсами синхрогенератора.
105

106. Пример трехкаскадной формирующей схемы такого типа
приведен иа рис. 75, о. На рис. 76 приведены временные диа­
граммы, поясняющие работу этой схемы. В качестве стробирую­
щего используется гармоническое колебание, подаваемое на ли­
нию задержки.
С линии задержки снимаются колебания, фазовый сдвиг
между которыми равен четверти периода.
Основными элементами схемы являются туннельные диоды
ТДи ТД2 и ТД3. В исходном состоянии, когда транзисторы 'Та,
7*5 и Т6 заперты положительной полуволной напряжения иа их
базе, рабочая точка туннельных диодов находится на первой
восходящей ветви (точка А на рис. 75,6). При подаче отрица­
тельного импульса на базу эмиттерного повторителя Тх ток
через туннельный диод ТД повышается и диод может перейти
в высоковольтное состояние (точка Б на рис. 75,6). Уменьшение
напряжения на входе схемы не изменит состояния диода.
И только тогда, когда на транзистор Г4 будет подана отрица­
тельная полуволна синхронапряжения, обеспечивающая умень­
шение тока через ТД до величины, меньшей /"М1Ш (точка В на
рис. 75,6), диод перейдет в исходное низковольтное состояние.
Напряжение на диоде ТДХявляется управляющим для второго
каскада формирователя. Три каскада обеспечивают формиро­
вание импульса, форма которого не зависит от формы, ампли­
туды и временного положения импульса на входе схемы.
Схема, построенная на диодах АИ201А и транзисторах 1Т313
(Г 1+з) и П416Б {Та*б), удовлетворительно работает при скоро­
стях до 50 млн. дв. ед. в секунду. Ширина переходной зоны
106

107. ДВ«50 мв при (ДЦп)манс« 150 мв. Выходное напряжение схемы
0,7 в.
До сих пор при рассмотрении послекодовых цепей полага­
лось, что смещение луча по кодовой маске за время тс значи­
тельно (х>бп) и поэтому во избежании ошибок смещения на
послекодовый усилитель возложена функция интегрирования
импульсов тока с выхода коллектора.
Возможен однако случай, когда принятыми мерами (элек­
трического и конструктивного характера) удается получить ма­
лые смещения луча за время тс, ис­
числяемые долями шага квантования.
Если усилитель при этом доста­
точно широкополосный и не является
интегрирующим, а срабатывание спус­
ковой схемы безынерционно, то мак­
симальное увеличение ошибки преобра­
зования сигнала окажется равным:
^uni<c~0>5* и
(62)1 12
При малых х с таким увеличением
ошибок можно иногда смириться. Стан-*
дартизатор импульсов при этом упро­
щается за счет устранения операции
стробирования. Усложнение усили­
теля незначительно. Он проектируется
теперь как усилитель постоянного тока
(или переменного тока с ВПС) с об­
ратными связями, стабилизирующими
его коэффициент усиления.
В рассматриваемом случае имеется
возможность вообще отказаться от ис­
пользования спусковых схем и строить
стандартизатор на двухсторонних огра­
ничителях (например по рис. 74). При этом не все импульсы
на выходе схемы будут двоичными и сигнал на выходе АЦП не
будет, строго говоря, цифровым. Но число импульсов, не равных
«0» или «1», может быть сделано достаточно малым.
Можно считать, что на выходе усилителя в младшем раз­
ряде такие импульсы составляют примерно (/макс/52бп) •100%.
При использовании ограничителей с шириной переходной зоны
ДВ в число их на выходе этого разряда АЦП уменьшится
в С/щ/ДВ раз.
Для получения малых значений ДВ несколько токовых клю­
чей можно соединить каскадно. Пример каскадного соедине­
ния двух ключей дан на рис. 77 и в особых пояснениях не
107
Рис. 77. Принципиальная
схема двустороннего ограни­
чителя с шириной переход­
ной зоны в 10—20 мв

108. нуждается. Ширина переходной зоны, получающаяся в этой
схеме, не превышает 10—20 мв при стабильности ее положения
на амплитудной характеристике, лучшей 10 мв.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
РАБОТА ТРУБОК В АНАЛОГО-ЦИФРОВОМ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ
17. Электропитание кодирующих трубок
Максимальная разность потенциалов между электродами
кодирующей трубки обычно измеряется сотнями вольт и редко
превышает 1000—1500 в.
Ток катода трубок с плоским лучем измеряется единицами
миллиампер, 70—90% от этого значения составляет ток первого
анода; токи остальных электродов обычно не превышают деся­
тых и даже сотых долей миллиампера. Токи электродов трубок
с точечным лучом в несколько раз меньше. •
Точность установки, стабильность и пульсации питающих
напряжений на электродах трубки в значительной степени
влияют на ее параметры. На большинстве электродов питаю­
щие напряжения должны устанавливаться с точностью, превы­
шающей 1%.
Ширина зоны квантования зависит от напряжения на втором
аноде и послеускоряющем электроде.
На коллекторные токи наибольшее влияние оказывают на­
пряжения на модуляторе и на первом аноде, а в случае приме­
нения вторичного умножения — еще и величина напряжения
между маской и эмиттерами. Изменения коллекторных токов
приводят к ухудшению точности преобразования (см. гл. 5).
Крутизна коллекторной амплитудной характеристики (тол­
щина луча) более всего зависит от напряжения на фокусирую­
щем электроде и от среднего потенциала отклоняющих пластин,
несколько меньше — от напряжения на модуляторе и втором
аноде. Уменьшение крутизны характеристики ухудшает точность
преобразования.
Нестабильность питающих напряжений приводит к ошибкам
дрейфа, а пульсации являются типичной причиной ошибок из-
за шумов и наводок.
По степени влияния изменения питающих напряжений па
точность преобразования1 все электроды кодирующей трубки
удобно подразделить на три группы;
1 Имеется в виду изменение напряжения на электродах по отношению
к катоду.

109. 1) корректирующий электрод, отклоняющие пластины, по-
слеускоряющий электрод;
2) фокусирующий электрод, модулятор;
3) эмиттер, коллектор, маска, подогреватель.
Так для семиразрядной кодирующей трубки с плоским лу­
чом среднеквадратичная ошибка квантования (см. гл. 3) увели­
чивается не более чем иа 10% при изменении питающих на­
пряжений на электродах первой группы ±0,2%, второй группы
±2% и третьей группы ±5%.
Питание всех электродов трубки в АЦП удобно осуще­
ствлять от общего делителя напряжения Использование де­
лителя позволяет обойтись только одним источником питания,
что уменьшает габариты и стоимость АЦП. За счет тока дели­
теля несколько увеличивается потребляемая мощность и возни­
кают взаимные влияния изменений напряжений на электродах
в процессе настройки АЦП.
Степень этих влияний зависит от отношения тока делителя
к токам, потребляемым электродами трубки. Для сохранения
напряжении па электродах трубки с точностью около 1% необхо­
димо, чтобы ток делителя превышал токи электродов в 15—
20 раз. Эта цифра может быть уменьшена примерно вдвое, если
согласиться с некоторыми неудобствами в процессе установки
режима трубки, возникающими из-за взаимного влияния изме­
нений напряжений на электродах. При расчете делителя токи
электродов можно не учитывать.
Расчет делителя производится в соответствии с паспортными
данными трубки. Для обеспечения взаимозаменяемости трубок
предусматривается возможность регулировки напряжений на
электродах в пределах 10—15%.
Практически напряжения на электродах трубки сначала уста­
навливаются по показателям вольтметров, подключенным к элек­
тродам, и окончательная подстройка производится в динамиче­
ском режиме по результатам контроля важнейших параметров
трубки, как это будет показано ниже.
Построение схемы питания трубки связано с выбором элек­
трода, заземленного по постоянному току. Принципиально воз­
можно заземление любого электрода, но учитывая трудности
борьбы с наводками в высокочувствительных и широкополосных
послекодовых усилителях, наиболее предпочтительно заземление
коллекторов. В этом случае сигналы на модулятор и отклоняю­
щие пластины подаются через высоковольтные разделительные
конденсаторы.
Если преобразуемый сигнал содержит постоянную состав­
ляющую (например сигнал телевидения), то необходимо
1 Исключение составляют специальные стенды для испытаний кодирую­
щих трубок, в которых предусматривается возможность изменения напряже­
ний на всех электродах в широких пределах. В этом случае каждый электрод
трубки часто питают от отдельного источника.
109

110. непосредственное соединение отклоняющих пластин с выходом
предкодового усилителя, который и определяет значение сред­
него потенциала отклоняющих пластин по отношению к земле.
Естественно, что в этом случае коллекторы оказываются ие-
заземленными.
Во всех случаях питание делителя удобно производить от пе-
заземленного источника высокого напряжения. При наличии
электрода, имеющего постоянный потенциал по отношению
к земле, заземление источника питания делает практически не­
возможной раздельную регулировку напряжений на других элек­
тродах трубки.
При близком к нулевому среднем потенциале отклоняющих
пластин, значение которого существенно влияет па параметры
трубки, особенно необходим незаземленный источник высокого
напряжения. Связь источника высокого напряжения с землей
должна осуществляться через источник питания выходного кас­
када предкодового усилителя.
Напряжения на электродах трубки в динамическом режиме,
когда луч трубки отпирается импульсами на модуляторе, могут
заметно отличаться от напряжений при постоянно включенном
луче. Для уменьшения переменной составляющей на электродах
трубки между ними и землей включаются блокировочные кон­
денсаторы. Если максимальное значение тока электрода равно
ia, то напряжение на электроде при переводе трубки в динами­
ческий режим изменится на &uc=i3Ra- i 0R0-£-e, где i3R0— паде-
ние напряжения на внутреннем сопротивлении источника пита­
ния электрода в статическом режиме; UR*~r— падение иапря-
‘ о
жения на внутреннем сопротивлении источника питания
электрода в динамическом режиме; /?э—внутреннее сопротивле­
ние источника питания электрода; тс—длительность импульса
включения луча трубки; Г0— период частоты опробования.
В АЦП с периодическим включением луча трубки изменение
напряжений на электродах трубки при переводе ее в динамиче­
ский режим может быть устранено последующей регулировкой
потенциометров делителя напряжения. Емкостное сопротивление
блокировочного конденсатора (для частоты F0) должно в 10 и
более раз превышать сопротивление Ra.
В АЦП с непериодическим включением луча трубки значение
емкости блокировочного конденсатора должно быть:
С > 10 ч
ЯзО-Тс/Го)
(63)
Здесь То— минимальный интервал времени между импульсами,
включающими луч трубки,
по

111. Таблица 3
HaiiMciiouauiic элсктродон
Обозначе­
ние
электрода
на рис. 78
Напряжение по от­
ношению к катоду. Средпее
значение
электрода
не более,
ма
мини­
мальное
макси­
мальное
К а т о д ............................................... к 0 0 3,5
Модулятор ....................................... м —40 - 5 0,05
Первый анод ................................... Аг 700 900 2,5
Фокусирующий электрод . . . . Ф 900 1350 0,25
Второй анод ................................... А„ 600 800 0,5
Корректирующий электрод . . . Кр 750 950 0,05
Отклоняющие пластины*1234. . . . О 600 800 0,25
Послеускоряющий электрод . . п 700 900 0,25
М а с к а .............................................. Мс 750 950 0,5
Эмиттеры........................................... Э 750 950 0,5
Коллекторы ................................... Кл 900 1250 0.5
1 Средний потенциал,
Рассмотрим порядок расчета схемы электропитания на при­
мере кодирующей трубки, режимы питания которой приведены
в табл. 3. Указанные в таблице максимальные и минимальные
напряжения па электродах необходимы для обеспечения взаимо?
заменяемости трубок.
1) Как следует из таблицы, максимальное напряжение
(между модулятором и фокусирующим электродом) может со­
ставлять 1390 в. Следовательно, напряжение источника питания
должно быть равно этой величине.
2) Для обеспечения пределов регулировки напряжений на
электродах в соответствии с табл. 3 (при наличии автоматиче­
ского смещения иа модулятор — 5 в) переменные сопротивления
делителя должны подключаться к точкам со следующими града­
циями напряжений (по отношению к катоду):—40, 0, 600, 700,
750, 800, 900, 950,' 1250, 1350 в.
3) В соответствии с выводами п. 1 и п. 2 составляется схема
делителя (рис. 78). Для этого между точками, соответствую­
щими минимальному и максимальному напряжению иа каждом
электроде, включаются переменные сопротивления Ri—Rio, за­
тем схема дополняется постоянными сопротивлениями Ru—Rn-
В тех случаях, когда напряжения на нескольких электродах оди­
наковы, делитель имеет параллельные ветви.
4) Выбираются значения токов, протекающих через перемен­
ные сопротивления делителя, исходя из того, что их значения
должны в 8— 10 раз превышать среднее значение тока электрода.
На рис. 78 принятые значения токов (в миллиамперах) простав­
лены у стрелок. Для уменьшения тока через потенциометры их
иногда шунтируют постоянными сопротивлениями (Rk).
Ill

112. 5) На основе п. 2 и п. 4 производится расчет делителя, т. е.
определяются номиналы сопротивлений и рассеиваемая на них
мощность. Результаты расчета приведены в табл. 4.
В делителе желательно использование проволочных рези­
сторов.
Значения блокировочных емкостей (С2—С10 на рис. 78) рас­
считываются по формуле (63).
Рис. 78. Принципиальная схема электропитания кодирующей трубки с пло­
ским лучом
/ —к источнику питания накала; 2 — к формированию импульсов включения луча; 3 —
к предкодовому усилителю; 4 — к предварительным послекодовым усилителям
Схема питания катодно-модуляторного узла может быть вы­
полнена также в соответствии с рис. 67.
Следует обратить особое внимание на выбор сопротивлений
в цепи отклоняющих пластин Яю и Яго на рис. 78. В трубках
с плоским лучом ток отклоняющих пластин измеряется десят­
ками, а иногда и сотнями микроампер; величина тока зависит от
положения электронного луча. При больших значениях сопро­
тивлений Ru и Яго за счет токов пластин изменяется средний по­
тенциал пластин и это ухудшает точность преобразования.
Обычно сопротивления #19 и # 2о выбирают менее 10 ком.
В зависимости от вида преобразуемого сигнала может быть
заземлена любая точка схемы. В соответствии со схемой зазем-
112

113. Таблица 4
Обозначение
сопротивления
на рис. 78
Номинал,
ком Мощность,
от
Да 1,2 1,4
Ri 100,0 0,4
*8 100,0 0 4
8* 10,0 4,0
R-ь 100,0 0,4
Ro 400,0 0,1
*7 50,0 0 ,8
R* 50,0 0 ,8
* • 225,0 0,9
Rtf 87,5 1,4
Rn 17,4 20,7
Riz 32,8 3,1
Rtf 5,9 0.4
R u 25,0 0.4
22,5 9.0
Rio 47,2 3,4
Rtf 25,0 0,4
Rtf 1.4 0,02
ления определяются рабочие напряжения конденсаторов и кон­
струкция делителя.
18. Конструкция преобразователя
Учитывая все разнообразие областей применения АЦП с ко­
дирующими трубками, трудно дать подробные рекомендации по
их конструктивному выполнению. Тем не менее, опыт работы
с кодирующими трубками позволяет сформулировать некоторые
общие принципы конструирования АЦП.
Кодирующая трубка является сравнительно крупногабарит­
ным прецезионным электровакуумным прибором, чувствитель­
ным к механическим воздействиям. Обычно трубки исполь­
зуются в быстродействующих АЦП, осуществляющих несколько
миллионов преобразований в секунду.
Поэтому особенности конструкции АЦП определяются не
только наличием кодирующей трубки, но и работой многих уз­
лов преобразователя с импульсами наносекундной длительности.
На рис. 79 приведена блок-схема АЦП на кодирующей
трубке с плоским лучом. Эта схема отличается от приведенной
выше (рис. 18) наличием устройств оперативного контроля (3lt
32), делителя напряжения для питания трубки (4), усилителей
синхронапряжения (7ь 72) и более детальным представлением
послекодовых цепей.
Импульсы с коллекторов трубки 5 усиливаются предваритель­
ными 8i—8n и основными 9i—9п послекодовыми усилителями.
5 Заказ № 2010 И З

114. Далее импульсы стандартизируются по амплитуде и времен­
ному положению в устройствах 10ю—10п.
Конструктивно все основные узлы АЦП целесообразно вы­
полнять в виде отдельных плат, объединенных в общем блоке.
Конструктивное оформление узлов АЦП, работающих с импуль­
сами наиосекундной длительности, в значительной степени
влияет на их электрические характеристики [46, 47]. Это влияние
определяется многими трудноучитываемыми паразитными фак-
/ — схема АИМ-2; 2 — предкодовый усилитель; 3, к За — уст-
роПстоа оперативного контроля; 4 — делитель напряжении; 5 —
кодирующая трубка; б — устройство формирования импульса
включения луча; 7, и 7а— усилители еннхронапряження; 9| —
8„ —предварительные послекодовые усилители; 9,—9Л—основ­
ные послекодовые усилители; I0i—10n — устройства стондартн-
торами, такими, как индуктивность и емкость радиокомпоиеитов,
взаимными влияниями, наводками и т. п.
Проводники, соединяющие отдельные радиокомпоненты или
узлы АЦП, обладают не только паразитной емкостью и индук­
тивностью, но и являются своеобразными передающими и при­
емными антеннами. Эффективность такой «антенны» прежде
всего зависит от длины проводника. В узлах наиосекундной ап­
паратуры недопустима длина проводников более 1—2 см. Для
передачи сигналов в пределах платы используют полосковые
линии, для связи между отдельными платами — коаксиальные
кабели.
В АЦП проводниками минимальной длины соедннеяются
предкодовый усилитель, устройство формирования импульса
1И
Рис. 79. Блок схема АЦП
эацни импульсов

115. включения луча и послекодовые цепи с соответствующими элек­
тродами трубки. Предкодовый усилитель располагается в АЦП
так, чтобы его выход находился около выводов отклоняющих
пластин трубки. Формирователь импульсов включения луча
можно смонтировать непосредственно на панельке трубки, у вы­
вода модулятора. Высоковольтные блокировочные конденсаторы
(С2—С10 на рис. 78) также устанавливаются на панельке трубки
и ее выводов.
Расположение послекодовых цепей полностью в непосред­
ственной близости от коллекторных выводов трубки приводит,
как правило, к увеличению габаритов' АЦП. Поэтому целесооб­
разно в каждом разряде предусмотреть по два послекодовых
усилителя: предварительный и основной {8 и 9 на рис. 79).
Предварительный послекодовый усилитель предназначен для
повышения уровня сигнала на выходе трубки и согласования вы­
хода с коаксиальным соединительным кабелем.
Эти усилители обычно монтируются на миниатюрных печат­
ных платах, которые располагаются вокруг цоколя трубки. Ос­
новные послекодовые усилители и устройства стандартизации
импульсов могут быть расположены в блоке, там, где это удобно
по конструктивным соображениям.
Развитие монтажа узла на печатных платах должно соответ­
ствовать логике развития принципиальной схемы. В частности,
удобно объединять на одной плате схему АИМ-2 с предкодовым
усилителем.
Для уменьшения паразитных связей между узлами необхо­
димо предусматривать их электростатическую экранировку. Осо­
бенно тщательно экранируются усилители синхронапряжения,
устройства формирования импульсов и схема АИМ-2. Эти узлы
могут явиться источником значительных электромагнитных на­
водок. Аналогично экранируются узлы, наиболее восприимчи­
вые к наводкам, например предварительные послекодовые уси­
лители.
Для уменьшения паразитных связей между радиокомпонен­
тами их целесообразно размещать перпендикулярно друг
к другу на высоте 3—4 мм от пластины. Каждый каскад должен
иметь свою заземляющую шину в виде охватывающей его рамки
шириной не менее 3—4 мм.
На электрические характеристики наносекундных схем ока­
зывает влияние тип используемых радиокомпонентов. Дискрет­
ные радиокомпоиенты (резисторы,, конденсаторы, катушки)
в наносекундном диапазоне обладают распределенными пара­
зитными параметрами [46]. Так, металлопленочный резистор
диаметром 1 см, размещенный на высоте 0,3 см от платы, имеет
паразитную индуктивность 3,2 мкгн{см и емкость 0,36 пф(см.
Для работы в наносекундном диапазоне наиболее подхо­
дят резисторы из металлической пленки и резисторы, получен­
ные методом осаждения углерода на керамической подложке,
5* 115

116. с небольшими выводными колпачками и тонким защитным по­
крытием [46].
Желательно применение конденсаторов, имеющих обкладки
в форме дисков, а также плоские или концентрические обкладки.
Наиболее предпочтительные керамические конденсаторы, не
имеющие покрытия.
В наносекундном диапазоне внешняя оболочка коаксиальных
кабелей не эквипотенциальна. Отрезки кабеля, используемые
для формирований импульсов (например в устройстве 6 на
рис. 79) дополнительно экранируются, жестко закрепляются и
заземляются с одного конца. Отрезки кабеля, используемые для
передачи сигналов между платами (например между предвари­
тельными и основными послекодовыми усилителями, для раз­
водки синхроимпульсов и т. д.), должны жестко крепиться, хо­
рошо экранироваться от радиокомпонентов и соединительных
проводов и заземляться с двух сторон.
Монтаж и размещение деталей выполняются таким образом,
чтобы высокоомные точки схемы, такие, как выводы коллекто­
ров и отклоняющих пластин трубки, имели малую паразитную
емкость, а низкоомные — малую паразитную индуктивность про­
водов.
Цепи питания могут явиться одним из важнейших источников
паразитных связей и наводок. Если с одной точки платы пи­
таются несколько каскадов, то в эту точку обязательно впаи­
вается керамический конденсатор на несколько тысяч пнкофа-
рад с малой собственной индуктивностью.
Питание на плату целесообразно подавать полосковой ли­
нией с волновым сопротивлением в единицы ом. Такая линия
обычно выполняется в виде двух металлических полосок шири­
ной около 1 см, разделенных тонкой пленкой диэлектрика.
Одним из возможных способов конструктивного оформления
схем наносекундного диапазона и подводки питания является
этажерочное разделение высокочастотных цепей от цепей пита­
ния. На одной стороне плоской платы располагаются элементы
питания, другая сторона платы металлизирована и является эк­
раном. На второй плате посредством обычного печатного мон­
тажа монтируются высокочастотные цепи. Радиокомпоненты
размещаются на обеих платах и между платами. Платы соеди­
няются стойками на расстоянии, определяемом габаритами ра­
диокомпонентов. Именно так целесообразно выполнить схему
АИМ-2, длительность фронтов импульсов в которой измеряется
единицами и долями наносекунд [37].
Для остальных узлов АЦП в большинстве случаев приемлем
обычный печатный монтаж при ширине соединяющих проводни­
ков не менее 1,5 мм и с учетом изложенных выше особенностей
конструктивного выполнения наносекундных схем.
Делитель напряжения для питания электродов трубки монти­
руется на плате, которую удобно объединить в единую коиструк-
116

117. цию с устройством контроля напряжений на электродах трубки.
С платой делителя непосредственно соединяется панелька коди­
рующей трубки. Это позволяет сконцентрировать на одной плате
все высоковольтные цепи, что желательно с точки зрения безо­
пасности работы с блоком. В блоке АЦП желательно преду­
смотреть легкий (и безопасный) доступ к переменным сопротив­
лениям делителя, а также меры по охлаждению сопротивлений,
на которых иногда рассеивается мощность, измеряемая десят­
ками ватт.
Устройства оперативного контроля (5Ь Зг на рис. 79) должны
обеспечивать контроль режима работы трубки и АЦП в целом.
С этой целью можно осуществлять:
— контроль величин питающих напряжений на электродах
трубки;
— контроль тока катода;
— контроль уровня сигнала на выходе предкодового усили­
теля;
— контроль положения луча на кодовой маске при отсут­
ствии сигнала;
— контроль наличия синхроимпульсов и сигнала в предко-
довых цепях;
— контроль наличия кодовых импульсов в послекодовых це­
пях и на выходе преобразователя.
Контроль питающих напряжений на электродах удобно про­
изводить одним коммутируемым прибором, в то время как ток
катода лучше измерять постоянно включенным прибором.
Для контроля размаха сигнала на выходе предкодового уси­
лителя параллельно отклоняющим электродам кодирующей
трубки можно подключить пластины вертикального отклонения
осциллографической трубки, встроенной в АЦП. В этом случае
непрерывно контролируется размах сигнала и положение луча
на маске. Использование развертки позволяет наблюдать форму
преобразуемого сигнала. К недостаткам такого способа кон­
троля следует отнести его громоздкость и неизбежное увеличе­
ние емкости, нагружающей предкодовый усилитель.
Этих недостатков лишена схема измерений с использованием
пиковых детекторов (48].
При этом возможно измерение как полного размаха сигнала
на отклоняющих пластинах (рис. 80, б), так и значений ампли­
туды отдельно для каждого плеча предкодового усилителя
(рис. 80, а). Сопротивления Ri располагаются непосредственно
у выводов отклоняющих пластин, что позволяет свести к мини­
муму паразитную емкость, нагружающую предкодовый усили­
тель. Подобная схема измерений отличается компактностью н
сравнительно высокой точностью.
Определение положения луча на кодовой маске при отсут­
ствии сигнала производится по структуре кодовой группы на
выходе АЦП.
117

118. Для контроля наличия синхроимпульсов и сигнала в схеме и
на выходе преобразователя также могут быть использованы пи­
ковые детекторы (рис. 80, а).
Широкое применение пиковых детекторов позволяют исполь­
зовать один коммутируемый прибор. Сопротивление V?i и полу­
проводниковый диод устанавливаются при этом непосредственно
в точке измерений, и коммутация стрелочного прибора произво­
дится на постоянном токе.
Для контроля наличия импульсов на выходе преобразователя
удобно использовать малогабаритные микроамперметры-индика­
торы, например типа М732, включаемые в каждый разряд пре­
образователя.
Все контрольные приборы и органы их коммутации распола­
гаются на передней панели преобразователя.
Рис. 80. Пиковый детектор для измерения амплитуды (а) и
для измерения размаха (б) сигнала
Для измерения ширины зоны квантования и оценки точности
преобразования (снятие амплитудной характеристики АЦП без
предкодовых цепей) в конструкции АЦП желательно предусмот­
реть возможность подключения к пластинам трубки внешнего
источника постоянного напряжения и приборов для измерения
токов коллекторов.
Как отмечалось выше, в процессе разработки кодирующей
трубки для уменьшения ширины зоны квантования стараются
всемерно снизить величину ускоряющего напряжения и увели­
чить расстояние от отклоняющих пластин до маски. При экс­
плуатации трубки это обстоятельство приводит к повышению ее
чувствительности к внешним паразитным магнитным полям.
Влияние магнитного поля на работу кодирующей трубки за­
висит от его направления. Рис. 81 иллюстрирует влияние пара­
зитных магнитных полей на положение плоского электронного
луча на маске при различных значениях напряжения на откло­
няющих пластинах трубки.
Если магнитное поле направлено вдоль оси г (рис. 22), то
электронный луч на краях маски смещается по оси х (рис. 81,а).
При слабых полях, напряженность которых не. превышает десят­
ков ампер на метр это приведет к изменениям коллекторных ам­
плитудных характеристик и незначительно ухудшает точность
преобразования. Сильные поля вызывают такие смещения луча,
118

119. что при больших его отклонениях (по оси у) пропадают токи
разрядов, расположенных по краям маски.
Аналогично влияет магнитное поле, направленное вдоль
оси у. Электронный луч получает смещение по оси х, такое, как
показано на рис. 81, б. Сильное магнитное поле может привести
к пропаданию токов разрядов, расположенных по краям маски,
при малых отклонениях луча по оси у.
Магнитное поле, направленное по оси х, нарушает линей­
ность отклонения луча (рис. 81, в), ухудшает фокусировку и из­
меняет плотность тока луча. Все это приводит к уменьшению
Рис. 81,- Иллюстрация влияния магнитного поля на положение
плоского луча на кодовой маске
а — поле направлено по оси г; б —поле направлено по оси у; е —поле
направлено по осп х
точности преобразования, которое может быть весьма значи­
тельным.
Экспериментальные исследования показали, что среднеквад­
ратичное отклонение границ шагов квантования кодирующей
трубки с плоским лучом ухудшается на 10% при напряженности
постоянного магнитного поля — 10 а1м. В АЦП кодирующую
трубку окружают различные устройства, некоторые из них яв­
ляются источниками электромагнитных полей, Приходится также
считаться с магнитным полем земли, напряженность которого
составляет около 400 а/м. Экспериментально установлено, что
такие источники магнитных полей, как обычные силовые транс­
форматоры, дроссели и т. п., влияют на работу трубки на рас­
стояниях до 3—4 м.
Поэтому кодирующая трубка обязательно должна быть за­
ключена в магнитный экран; в одном блоке с трубкой недопу­
стимо расположение силовых трансформаторов, дросселей, силь­
ноточных проводов и других источников интенсивных магнитных
полей.
119

120. По допустимой напряженности поля Яд и напряженности
поля в объеме, предназначенном для установки трубки Н, опре­
деляется коэффициент экранирования:
К =
н
0,5ЯД
(64)
Необходимая толщина материала экрана (х) определяется из
формулы [49]:
т - " • (65)
где ____
р— удельное сопротивление материала, ом-см; р0— магнит­
ная проницаемость вакуума, равная 1,256* 108 гн-см~х ц — отно­
сительная магнитная проницаемость материала; f — частота, гц.
При отсутствии интенсивных магнитных полей практически
вполне достаточна толщина экрана 1,5—2 мм, выполненного из
пермаллоя марки 80НХС или 79НМ. Наилучшая форма эк­
рана— в виде цилиндра. При необходимости разборной кон­
струкции экрана его лучше выполнять в виде двух цилиндров,
соединяемых внахлест.
Для устранения влияния на трубку высокочастотных элек­
тростатических полей желателен второй экран, выполненный,
например, из тонкой посеребренной латуни.
Для повышения виброустойчивости АЦП должна быть пре­
дусмотрена амортизация экрана кодирующей трубки.
19. Настройка преобразователя
Перед настройкой преобразователя необходимо на электро­
дах трубки установить напряжения, соответствующие номиналь­
ным значениям, указанным в паспорте на трубку.
Для уточнения этих значений и ввода трубки в режим, близ­
кий к оптимальному, на отклоняющие электроды трубки через
разделительные конденсаторы подается низкочастотное пилооб­
разное напряжение от внешнего генератора, синхронизированное
с частотой опробования АЦП (рис. 82).
При этом на выходе трубки образуются пакеты импульсов,
индикация которых производится осциллографом, подключенным
к выходам послекодовых усилителей (8i—8п на рис. 79).
Частота следования импульсов равна частоте опробования F0,
а количество импульсов в пакете зависит от номера разряда
кода и частоты пилообразного напряжения Fn.
120

121. Количество импульсов в пакете для выхода АЦП, соответ­
ствующего младшему (n-му) разряду кода Грея, очевидно,
равно:
Частота пилообразного напряжения обычно выбирается та­
кой, чтобы N„ было равно 10—20.
Огибающие пакетов импульсов представляют собой коллек­
торные амплитудные характеристики трубки, и они могут быть
использованы для определения не­
которых ее параметров (см. гл. 2).
Типичная осциллограмма пакетов
импульсов приведена на рис. 83, а.
Амплитуда огибающей пропор­
циональна значению тока коллек­
тора. При известной нагрузке кол­
лектора и коэффициенте усиления
послекодовых усилителей по осцил­
лограмме может быть определено
его абсолютное значение.
По длительности пакета и вре­
мени нарастания его фронта можно
определить крутизну коллекторной
характеристики трубки. Длитель­
ность пакета т„ и время нарастания
фронта Тф удобно измерять по
уровням 0,5; 0,25 и 0,75, как это по­
казано на рис. 83, а. Крутизна коллекторной характеристики
для /-го разряда, очевидно, будет
о = _0.5/Гп/ (67)
. UK4l2'~i
где /j — ток коллектора; UK— ширина зоны квантования.
Ширину зоны квантования трубки можно приближенно опре­
делить по длительности пакетов тп в /-м разряде, зная скорость
изменения пилообразного напряжения на отклоняющих элек­
тродах трубки (у):
U„= 2i-'v „. (68)
Ширину зоны ограничения можно определить путем сравне­
ния осциллограмм пакетов, соответствующих первому и млад­
шему разрядам кода.
Подстройка режима питания трубки производится. сле­
дующим образом. Сначала регулируется напряжение на фо­
кусирующем электроде трубки с целью достижения макси­
мальной крутизны коллекторной характеристики и уменьшения
121
Рнс. 82. Блок-схема настройки
АЦП
/ —генератор пилообразного напря­
жения; 2 — аналого-цифрово!» пре­
образователь; 3 — еншерогенера-
тор; i —оецпллограф

122. темпового тока. Затем, с той же целью, регулируется напряже­
ние на модуляторе и средний потенциал отклоняющих пластин.
Изменением напряжения на модуляторе и первом аноде
(а в трубках с электронным умножением, дополнительно, изме­
нением напряжения между маской и эмиттерами) устанавли­
вается максимальное значение коллекторных токов.
Рис. 83. Осциллограммы пакетов импульсов
а — па выходе послекодового усилителя л-ro разряда; б — на выходе' л-го
разряда АЦП; а — на выходе (л — 1)-го разряда АЦП; г — результат сум­
мирования выходов п-го и (л — 1)-го разрядов АЦП
После любого изменения режима производится подрегули­
ровка напряжения на фокусирующем электроде.
Для настройки послекодовых цепей преобразователя также
может быть использована блок-схема измерений, приведенная
на рис. 82, но осциллограф подключается к выходным шинам
преобразователя. На выходе АЦП пакеты кодовых импульсов
имеют вид, показанный на рис. 83, б.
Грубая установка порогов срабатывания устройств стандар­
тизации импульсов (10i— 10n .на рис. 79) производится так,
чтобы длительности пакетов и интервалов между ними были бы
равны.
Грубая оценка точности преобразования (пр отклонениям
границ шагов квантования) может быть произведена путем сум­
мирования на общей нагрузке выходов двух младших разрядов
АЦП. Результат суммирования показан на рис. 83, г.
122

123. Напряжение на корректирующем электроде трубки устанав­
ливается так, чтобы пакеты импульсов младшего (п) разряда
располагались симметрично относительно пакетов (п—1)-го
разряда, в соответствии с кодом (рис. 2). Иногда бывает полез­
ной незначительная подстройка устройств стандартизации им­
пульсов.
Аналогично производится проверка правильности взаимного
расположения пакетов импульсов на выходе младшего разряда
по отношению к выходам остальных разрядов АЦП.
Следует отметить, что для проведения описанных выше из­
мерений необходима устойчивая синхронизация пилообразного
напряжения с синхрогенератором АЦП. Желательно предусмот­
реть возможность регулировки размаха пилообразного напря­
жения от значения, соответствующего 2—3 шагам квантования,
до значений, на 20—30% превышающих ширину зоны квантова­
ния трубки.
Значительно облегчает измерения колибровка тракта верти­
кального отклонения осциллографа (в единицах тока) и тракта
развертки (в шагах квантования). Желательно применение мно­
гоканального электронного коммутатора, который позволяет на­
блюдать сигналы одновременно на всех выходах АЦП.
Аналогично производится настройка АЦП на кодирующих
трубках с точечным лучем. Однако, в этом случае кроме предко-
довых цепей отключается также генератор развертки. Для уста­
новки луча на одном из разрядов маски на горизонтальные от­
клоняющие пластины подается постоянное напряжение.
Настройка предкодовых цепей АЦП сводится к регулировке
размаха сигнала на выходе предкодового усилителя, в соответ­
ствии с шириной зоны квантования трубки, и установке пра­
вильных временных соотношений между импульсами, управляю­
щими работой схемы АИМ-2, и импульсами, включающими луч
трубки. Эти импульсы должны быть таким образом сфазнро-
ваны, чтобы пакет электронов проходил область воздействия от­
клоняющего напряжения, когда напряжение на них создается
вершиной импульса АИМ.
Для получения правильной фазировки от модулятора трубки
отсоединяется устройство формирования импульсов включения
луча (<? на рис. 79) и луч остается постоянно включенным. На
вход преобразователя подается синусоидальное напряжение
с частотой, вдвое меньшей частоты опробования, жестко с ней
синхронизированное. Это напряжение в схеме АИМ-2 преобра­
зуется в искаженный меандр (рис. 84, а), амплитуда которого
зависит от амплитуды и фазы синусоидального напряжения.
Амплитуда и фаза напряжения на входе АЦП устанавли­
вается так, чтобы па выходе послекодового усилителя одного из
разрядов (например третьего) формировались кодовые им­
пульсы, но чтобы даже самое незначительное уменьшение амп­
литуды входного напряжения приводило к их исчезновению.
123

124. В этом случае электронный луч попадает в отверстие разряда
маски только во время, соответствующее плоской части им­
пульса АИМ-2 (рис. 84, а, б).
Если при отсутствии сигнала луч располагается точно посе­
редине между отверстиями кодовой маски (рис. 84), то частота
следования импульсов иа выходе данного разряда АЦП будет
равна частоте опробования.
При несимметричном располо­
жении луча по отношению
к отверстиям маски частота
следования выходных им­
пульсов будет вдвое меньше.
После этого к модулятору
трубки присоединяется устрой­
ство формирования импульсов
включения луча. Регулиров­
кой задержки иа выходе син­
хрогенератора, питающего это
устройство, устанавливается
фаза импульсов включения,
обеспечивающая максималь­
ную амплитуду кодовых им­
пульсов на выходе послекодо-
вого усилителя. Это означает,
что с учетом времени пролета
луч включается во время пло­
ской части импульса АИМ-2. Далее задержка регулируется
так, чтобы луч включался посередине плоской части импульса
АИМ-2.
В результате описанной выше настройки должны быть полу­
чены и измерены все заданные параметры АЦП, исключая па­
раметры точности.
Окончательная подстройка АЦП производится по результа­
там оценки точности преобразования; методы оценки подробно
описаны в третьей главе. Подстройка заключается, в основном,
в незначительных изменениях напряжения на корректирующем
электроде трубки и регулировке порогов срабатывания цепей
послекодовой обработки сигналов.
Рис. 84. К установке временных соот­
ношений между импульсами опробо­
вания н включения луча трубки
а — импульсы (меандр) на выходе схемы
АИМ-2; б — участок разряда кодовой ма­
ски; а — импульсы на модуляторе трубки

125. ЛИТЕРАТУРА
1. Кот с л bit ПК о и В. А. Теория потенциальной помехоустойчивости.
Госэнсргоиздат, 1956.
2. Ц ы п к и н Я. 3. Теория импульсных систем. Физмата», 1958.
3. Г и т и с Э. И. Преобразооатели информации для электронных цифро­
вых вычислительных устройств. Госэнергонздат, 1961.
4. К о и ч а л о в с к и й В. Ю. и др. Электрические измерительные преоб­
разователи. «Энергия», 1967.
5. L i р р с I В. A systematic survey of coders and recodcrs. IRE Conven­
tion Record, 1953, № 1.
6. H o l l a n d e r C. L. Criteria for the selection of analog-to-digital con­
verters. Proc. of the National Electronics Conference, Chicago, 1953.
7. К л e ii и M. Л. н др. Цифровая техника для вычислений и управления.
Изд-во ниостр. лит., 1960.
8. 10 л и у с Т. Цифровые и импульсные системы автоматического управ­
ления. «Машиностроение», 1964.
9. S с а г s R. W. Electron beam deflection tube for pulse code modulation.
BSTJ, 1948, v. 27, No I.
10. M e a c h a m L. A., P e t e г s о n E. An experimental multichannel pulse
code modulation system of tall quality. BSTJ, 1948, v. 27, No 1.
11. L i p p e 1 B. Logical detenting in cathode-ray coding tubes. IRE Trans­
actions on Instrumentation, 1958, v. 1—7, No 1.
12. Л н к и а р д о п у л о А. Г. Электроннолучевая трубка для скорост­
ной импульсно-кодовой модуляции. «Бюллетень изобретений», 1962, № 9.
13. Г е н е р а л о в Е. И., Л н к и а р д о п у л о А. Г., Т р о ф и м о в Б. Е.
Скоростное кодирующее устройство. «Бюллетень изобретений», 1961, № 9.
14. C o o p e r Н. G., C r o w e l l М. Н., M a g g s С. A high speed PCM
coding tube. Bell Laboratories Record, 1964, v. 42. No 8.
15. M а у о J. S. Experimental 224 Ш terminals. BSTJ, 1965, No 9.
16. К а з н а ч е е в 10. И. и др. Скоростные электровакуумные приборы,
преобразующие непрерывные данные в дискретные п обратно. Труды конфе­
ренции по теории и применению дискретных автоматических систем. Институт
автоматики и телемеханики АН СССР, М„ 1958.
17. H ey n i s ch Н. Die Zylinder—Codierrohre. Arch, el- Ubertragung, 1964,
b. 18, h. 7.
18. Х а р ч е н к о A. M., О в ч и н н и к о в а H. А. Электроннолучевая
трубка для кодирования. В сб. «Автоматиечскнй контроль и методы электри­
ческих измерений» (Труды II конференции). Новосибирск, 1964.
19. С а г b г е у R. L. Video transmission over telephone cable pairs by
PCM. Proc. IRE, 1960, v. 48, No 9.
20. Y a s u n о г у N i k a i d о. Pulse coding lubes, Repots of ECL, NTT,
1957, v. 5, No 7.
21. К и н а х С. П., Л н к и а р д о п у л о А. Г., М а л к н э л ь Б. С. Ко­
дирование широкополосного сигнала при помощи кодирующей трубки. «Воп­
росы радиэлектроинкн», сер. XI, 1965, вып. 4.
22. Х л е б н и к о в Н. Н. Электронные приборы. «Связь», 1964.
125

126. 23. Е г о р о в К. П.' Основы многоканальной связи. Связьиздат,' 1962.
24. Шл я п о - б с р с к н А В. И. Элементы дискретных систем связи. Воен-
нздат, 1965.
25. Ш т с й н В. М. О передаче группового сигнала с частотным делением
каналов методом кодовоимпульсной модуляции. «Электросвязь», 1959, № 2.
26. Т р о ф н м о в Б. Е. Шумы квантования при кодировании сигналов
равномерной спектральной плотности. «Электросвязь», 1960, № 7.
27. Л и к и а р д о п у л о А. Г., М а р к о в 10. В. Способ измерения по­
грешностей кодирования. Авт. евнд. № 169294. «Бюллетень изобретений», 1965,
Mb 6.
28. Г и т и с Э. И., М а р к у с Г. В. Методы уменьшения систематических
погрешностей в преобразователях напряжения в код. «Автометрия», 1968, Ms 2.
29. S ш i t h В. Instantaneous companding of quantized signals. BSTJ,
v. XXXIV, No 3.
30. В е л и ч и н и А. И. Квантование непрерывных сообщений с мини­
мальной среднеквадратичной ошибкой. «Радиотехника», 1964, № 3.
31. Е d s о n J. О., Н е n n i n g Н. Broadband Codecs for an experimental
224 — PCM terminal. BSTJ. 1965, No 6.
s
32. X л и с т у в о в В. H. Основы цифровой электроизмерительной тех­
ники. «Энергия», 1966.
33. М а п о в ц е в А. П. Введение в цифровую радиотелеметрию. «Энер­
гия», 1967.
34. Х а р к е в п ч А. А. О теореме Котельникова. «Радиотехника», т. 13,
1958, Мв 8.
35. Б е л е ц к и й А. Ф. Основы теории линейных электрических цепей.
«Связь», 1967.
36. М а л о в В. С., Д м и т р и е в В. Ф. Кодо-импульсные телеметриче­
ские системы. «Энергия», 1969.
37. G г а у I. К., К i t s о р о u 1о s S. С. A precision Sample and hold
circuits with subnanosecond switching. Wescom Techn. Papers, 1963, No 2.
38. К р ы л о в Г. M. и др. Расчет логарифмических усилителен с не­
линейными элементами в цепях нагрузки. «Энергия», 1969.
39. Н а р ы ш к и н А. К. Противошумовые коррекции в широкополосных
усилителях на транзисторах. «Связь», 1969.
40. Т р о ф и м о в Б. Е. Устройство для преобразования плавно изменяю­
щихся по амплитуде сигналов в сигналы ступенчатой формы. Авт. свид.
Ms 125820. «Бюллетень изобретений», 1960, Ms 3.
41. Е р е м и н С. А. и др. Полупроводниковые диоды с накоплением за­
ряда и их применение. «Советское радио», 1966.
42. Л е в и н Б. Р. Теория случайных процессов и ее применение в радио­
технике. «Советское радио», 1957.
43. Г р и г о р ь я и ц В. Г. Фиксаторы уровня. Воеигиз, 1960.
44. Т a k i V., Н a t о г i М., А о у a g i М. A pulse regenerating circuit
with two Esaki diodes. Pros. IEEE, 1967, v. 55, No 9.
45. Б у д и и с к и й Я. Транзистроные переключающие схемы. «Связь», 1965.
46. 6-th international Electronic circuit packaging symposium sponsoud
BIEDN. Advances in electronic circuit packaging, 1963, v. 6.
47. В а р л а м о в P. Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры. «Со­
ветское радио», 1966.
48. В а л ит о в Р. А. Радиотехнические измерения. «Советское радио»,
1963.
49. В о л к и М. Л. Паразитные связи и наводки. «Советское радио», 1965.

127. О ГЛ А ВЛ ЕН И Е
П редисловие............................................................................................. 3
Глава первая Кодирующие трубки в аналого-цифровых преобразователях 8
1. Преобразование информации из аналоговой формы в цифровую —
2. Принципы построения устройств аналого-цифрового преобразова­
ния . .........................................................................................................12
3. Кодирующие трубки с последовательным считыванием . . . . 18
4. Кодирующие трубки с параллельным считыванием . . . . . . 24
Глава вторая Параметры кодирующих трубок и построение аналого-циф­
ровых преобразователен.............................................................................. 31
5. Параметры трубок и их связь с характеристиками АЦП . —
0. Связь параметров трубки с ее конструкцией ...................... 37
7. Варианты построения А Ц П ........................... . . . . 44
Глава третья Точность преобразования..........................................................48
8. Параметры точности АЦП н кодирующих трубок......................... —
9. Расчет и экспериментальное определение параметров точности 55
10. Способы повышения точности АЦП................................... 64
Глава четвертая Предкодовая обработка сигналов 72
11. Дискретизация сигналов во времени . . —
12. Устройства предкодовой обработки сигналов 83
13. Управление кодирующей трубкой . . . 90
Глава пятая Послекодовая обработка сигналов . . 9 5
14. Общие положения . . . .
15. Послекодовые усилители .
16. Стандартизаторы импульсов
Глава шестая Работа трубок в аналого-цифровом преобразователе . 108
17. Электропитание кодирующих трубок................................................—
18. Конструкция преобразователя................... .113
19. Настройка преобразователя . . . . . 120
Л итература.................................................................. . . 125
:ssI

128. Ликиардопуло Анатолий Георгиевич
Трофимов Борис Евсеевич
КОДИРУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫЕ ТРУБКИ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
Научный редактор К. А. Е р м а к о в
Редактор В. А. К и п р у ш е в
Художественный редактор Г. А. Г у д к о в
Технический редактор В. И. С е м е н о в а
Корректор А. Е. О р л о в а
9МЧ? ппро'.злодстаог/ХП 1970 г. Подписано к печати
13/Ш 1971 г. М-22153. Печ. л. 8. Уч.-изд. л. В.5.
5 уМ‘ Л‘J L EyMar?. ттпограФскпя JA 2, формат GOX90'/io.
Тираж 6000 экз. Цена 56 коп. Заказ 2610.
Ленинградское отделение издательства «Энергия»
Марсооо поле, J. '
Ленинградская типография № 4
Комитета по печати при Совете
Социалистическая, 14.
Глаополиграфпрома
Министров СССР,