Бистабильная запись не позволяет записывать информацию, содержащую градации «серого». Она находит применение в трубках для счётных устройств, где распространена двоичная система. Большим преимуществом бистабильной записи является возможность простыми способами поддерживать записанный сигнал. Это позволяет считывать неограниченное число раз. В реальных трубках длительность сохранения информации ограничивается неизбежными утечками заряда по поверхности мишени и компенсацией заряда рассеянными положительными ионами, что приводит к постепенному «сглаживанию» потенциального рельефа.
Неравновеснаязапись осуществляется путем смещения потенциалов элементов мишени от их равновесного значения, которое приобретается мишенью при подготовке к записи или при стирании. Обычно это равновесное значение близко к потенциалу коллектора. Перед записью на сигнальную пластинку подается напряжение, значительно отличающееся от потенциала коллектора. При записи модулированным пучком потенциалы элементов мишени в большей или меньшей степени смещаются от равновесного значения, в результате чего на поверхности мишени появляется потенциальныйрельеф. Неравновесная запись может быть осуществлена пучком с очень малым током. В этом случае заряд, приносимый электронным пучком, оказывается недостаточным для доведения потенциала мишени до равновесного значения, и на мишени образуется потенциальный рельеф, содержащий градации «серого» (полутона).
Неравновесная запись используется также в трубках с фоточувствительной мишенью (например, в ортиконе), в которых смещение потенциалов элементов происходит за счет ухода фотоэлектронов с поверхности мишени.
Запись возбужденной проводимостью основана на появлении электропроводности у тонких слоев (0,5—1 мкм) диэлектриков при облучении их быстрыми (»10 кэв) электронами. Перед записью поверхность мишени доводится до равновесного (например, равного потенциалу коллектора) потенциала. К сигнальной пластинке подводится напряжение, существенно отличающееся от равновесного потенциала поверхностимишени.
Запись «производится пучком быстрых электронов, способных создать возбужденную .проводимость. Вместе падения записывающего пучка вследствие возникновения возбужденной проводимости .потенциал мишени смещается в сторону потенциала сигнальной пластинки и на поверхности мишени создается потенциальный рельеф.
Возбужденная проводимость может возникать под действием света, падающего на мишень из полупроводника, обладающего внутренним фотоэффектом. Такая мишень используется, например, в видиконе .
Сигналы, подлежащие записи («запоминаемая» информация) , могут вводиться в потенциалоскоп путем модуляции напряжений на различных электродах трубки. В соответствия с этим различают следующие способы введения информации: 1) изменение тока записывающего пучка путем изменения напряжения модулятора прожектора; 2) изменение скорости развертки пучка (частоты или амплитуды развертывающих напряжений или токов); 3) изменение разности потенциалов между катодом записывающего прожектора и коллектором; 4) изменение напряжения коллектора; 5) изменение напряжения сигнальной пластинки. Запись может производиться проектированием оптического изображения на фоточувствительную мишень. Этот способ записи применяется в телевизионных трубках.
В двух первых способах потенциальный рельеф определяется величиной заряда, приносимого записывающим пучком на мишень. В третьем способе заряд на мишени зависит от изменения коэффициента вторичной эмиссии мишени, а в двух последних заряд мишени определяется количеством вторичных электронов, ушедших с мишени на коллектор.
Считывание может осуществляться следующими способами: 1) перезарядное считывание; 2) считывание сеточным управлением; 3) считывание (в некоторых случаях) перераспределением зарядов.
При перезарядном считывании происходит перезарядка элементарных емкостей, образуемых элементами поверхности мишени и сигнальной пластинкой. При записи благодаря созданию потенциального рельефа элементарные конденсаторы заряжаются в соответствии с величиной записываемого сигнала. Когда осуществляется считывание, немодулированный считывающий пучок разряжает элементарные емкости, и потенциалы всех элементов мишени смещаются в сторону .равновесного значения.
Если ток считывающего пучка достаточен, чтобы довести потенциал наиболее «глубокого» места потенциального рельефа до равновесного значения, то после одного считывания вся поверхность мишени принимает равновесный потенциал, потенциальный рельеф полностью уничтожается и дальнейшее считывание невозможно. При малом токе пучка заряд, приносимый им, оказывается недостаточным для перезарядки элементарных емкостей. Потенциалы элементов мишени в этом случае только смещаются в сторону равновесного значения, не достигая его. После каждого считывания глубина потенциального рельефа уменьшается, и, наконец, величина потенциала всех элементов мишени становится близкой к равновесному значению. Так как при каждом считывании потенциальный рельеф сглаживается лишь частично, при малом токе пучка возможно считывание от нескольких раз до нескольких сот раз (в зависимости от
глубины потенциального рельефа и величины тока считывающего пучка).
При перезарядном считывании в момент разряда элементарных емкостей в цепи сигнальной пластинки проходит емкостный ток, создающий выходной сигнал. Так как на разрядку емкостей тратится различный заряд (в зависимости от величины записанного сигнала), количество электронов, возвращающихся с мишени на коллектор, оказывается промоделированным записанным сигналом. Поэтому выходной сигнал может быть получен также в цепи коллектора. При перезарядном считывании, если после первого считывания потенциальный рельеф полностью сглаживается, выходной сигнал в точности соответствует записанному. Если же используется многократное считывание, выходной сигнал может иметь заметные искажения, в особенности в передаче градаций «серого» (полутонов).
При считывании сеточным управлением потенциальный рельеф на поверхности мишени создает местные электрические поля, которые могут воздействовать на проходящие вблизи мишени электроны. Такое «управляющее» действие местных полей аналогично действию управляющей сетки электронной лампы на электронный поток, идущий с катода на анод лампы.
При сеточном считывании сетка как элемент потенциалоскопа может отсутствовать, а роль управляющей сетки могут играть местные электрические поля уповерхности мишени. В некоторых типах потенциалоскопов мишень выполняется в виде металлической сетки, покрытой с одной пли с двух сторон слоем диэлектрика. В этом случае наличие потенциального рельефа изменяет проницаемость («прозрачность») мишени для считывающего пучка. В других типах потенциалоскопов со считыванием сеточным управлением потенциальный рельеф (местные поля) управляет вторичными или отраженными первичными электронами, уходящими с мишени.
Во всех способах сеточного управления электроны считывающего пучка не оседают на мишени и не сглаживают потенциальный рельеф. Поэтому такое считывание применяется в тех случаях, когда необходимо многократное считывать однажды записанной информации. Считывание сеточным управлением может осуществляться сфокусированным пучком, развертываемым по поверхности мишени, или при непрерывном облучении поверхности мишени широким, не сфокусированным пучком электронов. Считывание сеточным управлением применяется в потенциалоскопах, выходным сигналом которых является видимое изображение на экране, покрытом люминофором. В этом случае потенциальный рельеф мишени модулирует пучок электронов, идущих на экран.
Считывание перераспределением зарядов по поверхности мишени, применяемое в некоторых типах потенциалоскопов,не отличается от считывания, применяемого в иконоскопах.
Кроме операций записи и считывания, в некоторых типах потенциалоскопов необходима операция стирания (уничтожения) записанной информации, целью которой является подготовка мишени к записи новой информации. Обычно стирание производится так, что все элементы мишени, независимо от имевшегося на них заряда, доводятся до равновесного потенциала.
Потенциалоскопы, преобразующие
электрический сигнал в видимое изображение.
Потенциалоскопы, выходным сигналом которых является только видимое изображение, получающееся на люминесцирующем экране.
В качестве примера такой трубки можно привести потенциалоскоп с фотоэлектронным возбуждением люминофора. Схема этого потенциалоскопа приведена на рис. 2. В цилиндрической колбе установлена мишень.
Дно колбы, противоположное мишени, покрыто слоем люминофора. Горловина колбы расположены под углом 25 – 300 к оси колбы. Внутренняя поверхность цилиндрической части колбы и горловины имеет проводящее покрытие, выполняющее функции коллектора. Один коллектор помещённый в горловине трубки, осуществляет и запись и стирание. В этом потенциалоскопе используются неравновесная запись и считывание сеточным управлением.
Прожектор потенциалоскопа используется только при записи.
Считывание производится достаточно высокое ускоряющее напряжение, необходимое для получения отрицательного потенциального рельефа за счёт d<1 в области за вторым критическим потенциалом. При стирании ускоряющее напряжение снижается, что обеспечивает величину d>1. Прожектор обычно строится по триодной схеме (катод – модулятор – анод), в качестве второй линзы используется короткая магнитная катушка, помещенная на горловине колбы. Отклонение луча может быть магнитным или электростатическим.