-

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