- ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ С ЗАПОМИНАНИЕМ
Вместо осциллографов с памятью все чаще применяются цифровые системы с запоминанием при измерениях быстро протекающих однократных процессов. Они имеют преимущества по сравнению с запоминающими осциллографами по скорости записи («Tektronix R 7912», 30 см/нс). Эти осциллографы выдают результат в цифровой форме, пригодной для дальнейшей машинной обработки. Именно это свойство позволяет автоматизировать технику испытаний изоляции высокого напряжения [649—653, 673, 809] и в некоторой степени скорректировать систематические погрешности измерений при передаче сигнала.
Многочисленные способы цифровой регистрации можно разделить в основном на две группы. В приборах первой группы измеряемый сигнал обрабатывается сначала аналоговым способом (фотографическая регистрация, использование схем с преобразованием сигнала, регистрация на магнитной пленке или диске, запоминание на экране осциллографа) и затем — сравнительно медленно с помощью цифровых методов.
В приборах второй группы непосредственно электронным способом осуществляется аналого-цифровое преобразование. Особое положение занимает аналого-цифровое преобразование с помощью электроннолучевой трубки. Учитывая значение аналого-цифровых преобразователей для измерительной техники на высоком напряжении, рассмотрим подробнее принцип действия приборов второй группы и преобразователя с электронно-лучевой трубкой.
Рис. 8. Упрощенная структурная схема устройства с аналого-цифровым преобразованием
Упрощенная структурная схема устройства для электронного аналого-цифрового преобразования показана на рис. 8. Аналоговый входной сигнал и0 преобразуется в преобразователе 1 и запоминается в блоке памяти 2. Если не поступает управляющий сигнал иу на остановку процесса запоминания в устройстве временного управления 3, то после заполнения объема памяти вновь поступающая информация запоминается за счет стирания части предыдущей информации. По сигналу управления процесс запоминания прекращается, и зарегистрированная информация хранится в памяти, по желанию она может быть извлечена в цифровой форме авых>ц или в аналоговой форме wBbix, а с выхода обратного преобразователя 4. Это позволяет в отличие от обычных осциллографов исследовать явление не только с момента прихода импульса управления, но и до его прихода в пределах объема памяти.
Точность, с которой аналоговый сигнал можно преобразовать в цифровой в значительной степени зависит от трех особенностей прибора — разрешающей способности по горизонтали (интервала или частоты опроса), по вертикали (например, 6 или 8 бит) и так называемой аналоговой полосы пропускания. Последняя легко вводит в заблуждение, и ее нельзя сравнивать с обычными понятиями, такими, как ширина пропускания осциллографа. Если, например, электроннолучевой осциллограф с полосой пропускания от 0 до 2 МГц вполне достаточен для регистрации грозовых импульсов, то преобразователь с такой же аналоговой полосой пропускания имеет посредственное разрешение. Так, частота опросных импульсов 10 МГц, соответствующая аналоговой полосе пропускания, означает, что максимальное значение сигнала определяется каждые 0,1 мкс. Наибольшая неопределенность проявляется при измерении максимального значения срезанного на фронте грозового импульса, а также при измерении временных интервалов. В качестве примера на рис. 9 показаны идеальный срезанный спустя 700 не импульс (верхняя кривая) и два возможных изображения этого же импульса при интервале опроса 100 не.
При идеальном косоугольном импульсе максимальная погрешность может быть определена по следующему выражению, %: 
Рис. 9. К определению методических погрешностей устройства с цифровым преобразованием
где tt — интервал опроса, равный единице, деленной на частоту опроса; Тс— время среза (см. § 3.1); k — максимальное разрешение, бит; В — аналоговая полоса пропускания.
Здесь В = 1/2пТRy где Т п — время реакции (см. §3.1).
Первый член в скобках учитывает погрешность, вызванную конечной частотой опроса, второй — погрешность, вызванную конечным разрешением по максимальному значению, третий — погрешность, вызванную аналоговой полосой пропускания входного усилителя. Помимо этих методических погрешностей имеются обычные, такие, как колебания коэффициента усиления, шумы; дрейф и т. д. (см. также [839]), которые можно определить. Для решения проблем измерения в технике высоких напряжений пригодны преобразователи с частотой опроса 100 МГц и более (интервал опроса 10 не и менее).
Рис. 10. Трубка с цифровым преобразованием фирмы Tektronix
Основным элементом аналого-цифрового устройства является преобразовательная трубка со считыванием сигнала [656]. Она состоит в основном из комбинации двух электронно-лучевых трубок, размещенных в одном стеклянном корпусе. Первая из них представляет собой записывающую систему 7, вторая — считывающую 3 (рис. 10). Между обеими системами находится экран-мишень 2, состоящий из матрицы с очень плотно расположенными друг к другу полупроводниковыми диодами, изготовленными по той же технологии, что и интегральные элементы. При отсутствии записи списывающий луч заряжает мишень отрицательно и диоды заперты. При записи электроны луча с достаточно высокой энергией создают в диодах электронно-дырочные пары, что приводит к отпиранию облученных диодов. При последующем сразу за записью считывании указанные диоды опять запираются, при этом в цепи мишени возникают импульсы тока, соответствующие запиранию диода. Эти импульсы усиливаются и по желанию могут быть сразу воспроизведены на экран монитора (эквивалентная скорость записи 30 000 см/мкс) или сохранены в памяти (эквивалентная скорость записи 8000 см/мкс).
