Измерение коротких промежутков времени с помощью пересчётных
приборов применяется при решении многих научных и технических задач.

 

В таких приборах генератор высокой частоты вырабатывает
импульсы тока, следующие друг за другом через определённые короткие промежутки
времени. Первый, приходящий извне сигнал подключает пересчётную схему к этому
генератору, а второй отключает её от него. Пересчётная схема сосчитывает число
импульсов, успевших в неё попасть. По числу импульсов, зарегистрированных
пересчётной схемой, определяется величина измеряемого промежутка времени,
причём величину измеряемого промежутка можно непосредственно отсчитать по
показанию стрелок или сигнальных ламп прибора.

 

Для работы в пересчётных приборах особенно удобными
оказались кольцевые десятичные схемы, позволяющие в одной цепочке ламп получать
пересчёт на 10. Последовательное соединение ряда таких цепочек даёт
соответственно пересчёт на 100, 1000, 10 000 и т. д.

 

Такие приборы, выполненные на электронных лампах,
обеспечивают достаточную безинерционность работы всего устройства. Однако при больших
коэффициентах пересчёта в приборе с пересчётной схемой соответственно
увеличивается число электронных ламп. При большом числе ламп остановка прибора
из-за неисправности одной из них, естественно, получается более часто.
Вследствие этого весь прибор становится громоздким и не вполне надёжным в
работе.

 

 

 

Посмотрим, каким образом удаётся преодолеть это затруднение.

 

Если бы нужно было считать импульсы тока, не столь быстро
следующие друг за другом, то можно было бы воспользоваться Механическим
устройством. В этом случае задача решалась бы просто. Для пересчёта на 10 можно
было бы воспользоваться колёсиком с десятью зубцами, заставляя каждый
приходящий импульс тока поворачивать его на один зубец. При этом полный оборот
колёсика соответствовал бы отсчёту десяти импульсов. Для пересчёта на 100 к
первому колёсику нужно было бы присоединить второе такое же, соединив их так,
что при повороте первого на десять зубьев второе поворачивалось бы на один
зубчик, и т. д.

 

Можно ли при счёте импульсов, очень быстро следующих друг за
другом, добиться такой же простоты? Можно ли, кстати, избавиться и от
сигнальных лампочек, соединив в одной и той же лампе как устройство для счёта
импульсов, так и приспособление для отсчёта числа прошедших импульсов?

 

Оказывается, что всё это возможно сделать с помощью
электронного луча. В последние годы для этой цели был предложен прибор со
специальными счётными электроннолучевыми трубками. Одна такая электроннолучевая
трубка величиной с обычную радиолампу заменяет целую кольцевую пересчётную
декаду вместе с её сигнальными лампами.

 

Работа электроннолучевой счётной трубки похожа на действие
переключателя, в котором ползунок движется по контактам. Роль ползунка в
счётной трубке выполняет электронный луч. Только название «ползунок» к нему уж
никак не применимо. Совершая переключения, он не «ползёт», а мчится,
перескакивая из одного положения в другое с огромной, недоступной ни одному
механическому прибору скоростью.

 

Рассмотрим устройство и работу счётной трубки.
Электроннолучевая счётная трубка (рис. 36) состоит из электронного прожектора
ЭП, создающего узкий пучок электронов, пары отклоняющихся пластин ОПи ОП2, управляющих
смещением электронного луча, мишени М и пластин Л, КЛ, собирающих электроны.
При попадании электронного луча на мишень М замыкается электрическая цепь
конденсатора С и происходит его зарядка. Конденсатор С соединён параллельно с
отклоняющими пластинами ОП. Поэтому по мере увеличения разности потенциалов
между его обкладками увеличивается также разность потенциалов между
отклоняющими пластинами, а вследствие этого происходит смещение луча вдоль
мишени. Перемещение электронного луча вдоль мишени продолжается лишь до тех пор,
пока он не дойдёт до щели в ней. После этого луч попадает уже не на мишень, а
на ламель Л. При этом дальнейшее перемещение луча прекращается. Только внешний
сигнал оказывается в состоянии перебросить электронный луч через щель на
следующий сплошной участок мишени. После этого луч снова скользит по мишени до тех
пор, пока не окажется против следующей щели в ней. Следующий, приходящий извне
импульс тока опять сообщает конденсатору С добавочный заряд, необходимый для
очередного -переброса, и т. д.

 

Количество импульсов тока, прошедших в электроннолучевую
счётную трубку, отсчитывается по числу пройденных электронным лучом щелей в
мишени, причём для удобства отсчёта в трубке сделан специальный светящийся
экран с цифрами. Когда электронный луч останавливается против той или иной
щели, то на этом экране вспыхивает соответствующая цифра.

 

Остановившись против десятой щели, электронный луч попадает
на концевую ламель КЛ. При этом срабатывает устройство, разряжающее конденсатор
С, и электронный луч возвращается обратно в исходное положение к верхнему краю
мишени. Если требуется произвести пересчёт на 100, то импульс тока с концевой
ламели КЛ используется также в качестве внешнего сигнала для следующей
электроннолучевой счётной трубки и т. д.

 

Для сокращения времени возврата электронного луча в исходное
положение в одних конструкциях пересчётных приборов применяются специальные схемы
на электронных лампах или тиратронах. В других конструкциях пересчётных
приборов вместо этого щели в мишени располагаются по кольцу. При таком
расположении щелей электронный луч, обойдя окружность, снова попадает в
начальную позицию.

 

В пересчётном приборе электроннолучевые счётные трубки
обычно располагаются рядом. Каждая следующая трубка считает десятки импульсов предыдущего
разряда. Светящиеся цифры на экранах трубок позволяют прочитать число
импульсов, отсчитанных каждой из них, а следовательно, и полное число сигналов,
попавших в счётное устройство.

 

По сравнению с пересчётными приборами на электронных лампах
описанное электроннолучевое устройство обладает несомненными преимуществами в
простоте, компактности, надёжности в работе и изяществе, с которым решается задача
измерения коротких промежутков времени.

 

Оригинальные, удобные и компактные пересчётные приборы на
газонаполненных лампах особой конструкции, так называемых «безнакальных
тиратронах», разработаны Я. Н. Кораблёвым.

 

Большой интерес представляет пересчётный прибор декатрон.
Этот прибор представляет собой газонаполненную лампу специальной конструкции,
заменяющую собой целую десятичную пересчётную схему. В декатроне общий анод
окружён целой серией отдельных катодов. Устройство прибора таково, что приходящие
внешние сигналы перебрасывают разряд последовательно с одного катода на другой.
Таким образом, по номеру работающего катода можно определить, сколько сигналов прошло
через прибор.

 

Очень интересным и ценным электроннолучевым пересчётным
прибором является трохотрон. По принципу действия этот прибор существенно
отличается от остальных электронных устройств. В обычных электронных приборах
электроны движутся между электродами от меньшего потенциала к большему, а в
трохотроне движение электронов совершается перпендикулярно к этому направлению,
вдоль линии равного потенциала.

 

Рассмотрим принцип действия и устройство этого прибора. На
электрон, движущийся в продольном электрическом поле, действует сила,
направленная вдоль поля. Когда электрон попадает в поперечное магнитное поле,
то возникает сила, направленная перпендикулярно как к направлению его движения,
так и к направлению магнитного поля. Таким образом, на электрон, движущийся в электрическом
и магнитном полях, действует сила, направленная перпендикулярно и к направлению
электрического и к направлению магнитного полей. Под действием этой силы
электрон отклоняется от первоначального направления и начинает двигаться по
кривой. Характер кривой получается различным в зависимости от формы электрического
и магнитного полей и соотношения между их величинами. При определённых условиях
электроны движутся по сложной кривой, называемой трохоидой, которая похожа на
сильно растянутую пружинку. При этом результирующее перемещение электронов
совершается не в направлении электрического поля, а перпендикулярно к нему,
вдоль линии равного потенциала. Именно такое движение электронов осуществляется
в описываемом приборе, откуда он и получил своё название — трохотрон.

 

Прибор трохотрон состоит из тонкого цилиндрического катода К,
излучающего электроны, вблизи которого расположена сетка С, служащая для
регулировки интенсивности электронного пучка. Электрическое поле иа — ир между
анодом и рельсом Р устремляет электроны к аноду. Весь прибор помещён в
однородное поперечное магнитное поле Н. Величина магнитного поля делается
достаточно большой для того, чтобы, отклонив электроны, не допустить их к
аноду.

 

В результате совместного действия этих полей элек-троны как
бы катятся вдоль рельса по направлению оси прибора. Они не могут попасть ни на
электроды, имеющие отрицательный потенциал относительно катода (рельса), ни на
электроды, имеющие положительный относительно катода потенциал (анод, лопатки
Jlu Л2, </73,…), а лишь на эквипотенциальный катоду электрод (например,
пластину Пх).

 

Все пластины П\\, П2,…, Па соединяются общим проводом, по
которому подаются входные отрицательные сигналы. Все лопатки Л\\, Л2,…, Лп
соединяются общим проводом с анодом. Когда приходящий сигнал делает пластину П1
отрицательной, то электронный луч перескакивает на соседнюю лопатку Л2. Однако
луч не может долго на ней удержаться, так как при прохождении тока через цепь
лопатки благодаря наличию в этой цепи сопротивления R т потенциал лопатки
понижается. После этого луч не \’может на ней оставаться и перескакивает на
соседнюю пластину Я2. На пластине луч может находиться неограниченно долгое
время, вплоть до прихода следующего импульса, перебрасывающего луч в следующую
ячейку, и т. д.

 

Сопротивления и ёмкости в цепи пластин выполняют особую
функцию. Они создают задержку на время, соответствующее длительности отдельного
приходящего импульса или немного большее. Это предохраняет прибор от ложных
срабатываний, перебросов луча сразу на несколько ячеек от одного сигнала.

 

После ряда перебросов электронный луч попадает на анодную
пластину А. При этом благодаря наличию в её цепи сопротивления Ra потенциал
анода падает. Это вызывает ослабление анодного тока, что в свою очередь приводит
к восстановлению его потенциала. Но этот процесс требует некоторого времени, а
это как раз и нужно. За время, в течение которого восстанавливается потенциал
на аноде, успевают восстановиться потенциалы на всех других электродах и
электронный луч снова перебрасывается на пластину Пь Таким образом, трохотрон
считает число внешних сигналов.

 

При использовании трохотрона для измерения промежутков
времени собирается схема, состоящая из стан-дарт-генератора, вырабатывающего
серию равноотстоящих друг от друга импульсов, и специального переключателя,
управляющего работой прибора.

 

Устройство прибора таково, что первый приходящий внешний
сигнал (соответствующий началу измеряемого процесса) подключает трохотрон к
стандарт-генератору, а второй внешний сигнал (соответствующий концу
исследуемого явления) отключает его от него. Число импульсов от
стандарт-генератора, сосчитанное трохотроном, подобно числу колебаний маятника,
сосчитанному часовым механизмом, даёт значение измеряемого промежутка времени.

 

При большом числе импульсов пересчётная схема составляется
из нескольких трохотронов, включённых последовательно, то есть так, что первый
считает каждый импульс, второй — каждый десятый, третий — каждый сотый сигнал и
т. д. Такое устройство позволяет производить счёт сигналов с частотой в тысячи
и сотни тысяч импульсов в секунду и делает возможным измерение промежутков
времени от микросекунд до минут.