Ответ на билет №11

Устройство и принцип работы видикона. Достоинства и недостатки. Конструкция. Трубка типа видикон содержит три основных узла: фотомишень - преобразователь свет – потенциальный рельеф, систему фокусировки и отклонения электронного пучка и электронный прожектор – создающий электронный коммутирующий пучок (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Видикон: а – устройство трубки; 1- сигнальная металлическая сетка из Pt или Au, 2 – электронный прожектор, 3 – управляющий электрод, 4 – первый анод, 5 – второй анод, 6 – выравнивающая сетка, Евс – напряжение выравнивающей сетки, Есп – напряжение сигнальной пластины, на которую нанесен фоторезистивный слой в виде мозаики, каждый элемент которой является элементом изображения, Iс – ток сигнала (ток дозаряда элементарного конденсатора Сэi элемента изображения), Ес – напряжение сигнала, снимаемое с нагрузки Rн

Фотомишень состоит из специальной сигнальной пластины 1, прозрачного изолятора и нанесенного на него фотослоя. Пластина 1 представляет собой тонкий проводящий прозрачный слой из золота или платины. На изолятор (слюда) испарением в вакууме нанесен фотослой толщиной 1–3 мкм, обладающий фотопроводимостью. Прозрачность сигнальной пластины и изолятора превышает 90%; минимальное поверхностное сопротивление фотослоя ~ 200 Ом/см^2, максимальное – десятки МОм. Выводом сигнальной пластины служит металлическое кольцо, к которому через резистор нагрузки Rн подключен источник Есп.

б – эквивалентная схема мишени видикона: Сэi и Rэi – соответственно емкость и сопротивление i-го элемента изображения;

в – апертурная характеристика видикона ЛИ – 421, где Iс – ток сигнала, z – число строк разложения передаваемого изображения.

Материал, из которого изготовлена мишень, а также ее толщина определяют чувствительность, спектральную характеристику и инерционность видикона. Поэтому выбор материала фотослоя зависит от требуемых характеристик видикона.

Электронно-оптическая система видикона содержит электронный прожектор. Он состоит из катода 2, управляющего электрода 3, первого 4 и второго 5 анодов. Первый анод создает эквипотенциальную область, в которой осуществляются фокусировка и отклонение луча. Потенциал выравнивающей сетки (Е_ВС) 6 в 1,5...2 раза превышает напряжение первого анода (Е_а1). Это обеспечивает подход электронов по всей поверхности фотомишени под прямым углом, равномерную фокусировку луча и одинаковый исходный потенциал по всей мишени, что является непременным условием получения равной чувствительности фотомишени к преобразуемому оптическому изображению по всему полю растра.

Фокусировка, отклонение и корректировка траектории луча осуществляются внешней магнитной системой, состоящей из фокусирующих ФК, отклоняющих ОК и корректирующих КК катушек.

Формирование потенциального рельефа. При проекции на мишень трубки оптического изображения распределение освещенности на ее поверхности вызывает соответствующее распределение сопротивлений, т.е. рельефу освещенности мишени будет соответствовать рельеф сопротивлений (темновое удельное сопротивление проводника порядка 10⁶ – 10⁷ 0м/см²). При максимальной освещенности сопротивление мишени уменьшается примерно в 10⁴…10⁵ раз. В режиме развертки медленными электронами потенциал правой пластины элементарных конденсаторов Сэi (рис. 5.4,б) фотомишени приобретает в момент их коммутации развертывающим лучом потенциал катода, а потенциал левой обкладки этих конденсаторов равен потенциалу источника +Есп, присоединенному к сигнальной пластине. Следовательно "под лучом" элементарные конденсаторы Сэi заряжаются до напряжения Есп.

При проекции на мишень оптического изображения сопротивления R_Эi, шунтирующие элементарные конденсаторы, изменяются. Чем выше освещенность Еэi, тем меньше сопротивление R_Эi i–го элементарного элемента мишени. В период между коммутациями ( t_накопл = Тк - τэ) конденсаторы Сэi разряжаются через R_Эi с постоянной времени _Эi = RэiСэi. Чем сильнее освещен участок мишени, тем меньше Rэi и тем быстрее разряжается С_Эi. При этом потенциал обкладок Сэi, обращенных к лучу, увеличивается, приближаясь в пределе (в наиболее освещенных участках мишени) к потенциалу сигнальной пластины +Есп. На неосвещенных участках потенциал правой обкладки элементарного конденсатора Сэi равен 0. Таким образом, на поверхности мишени, обращенной к лучу, создается потенциальный рельеф, строго соответствующий распределению освещенности по поверхности мишени.

Телевизионный сигнал образуется при последовательном прохождении (коммутации) участков поверхности мишени электронным лучом. При этом элементарные конденсаторы дозаряжаются до разности потенциалов Есп.

Выравнивание потенциального рельефа приводит к дозаряду элементарных конденсаторов Сэi. Ток дозаряда I_С является информационным сигналом. Он протекает в цепи сигнальной пластины через R_Н в направлении, указанном стрелкой.

Ток I_С, протекая через R_H, образует видеосигнал изображения Ес. Видикон воспроизводит информацию о средней яркости изображения, так как уровень сигнала во время обратного хода луча соответствует уровню черного. Полярность сигнала Ес видикона (в режиме коммутации медленными электронами) – отрицательная.

Разрешающая способность видикона определяется его апертурной характеристикой (рис. 5.4,в). При 600 строках разложения видикон обеспечивает глубину модуляции луча всего лишь 20 %; по этому параметру он много хуже (в 2 – 3 раза), чем передающие трубки типа плюмбикон или кремникон.

Инерционность видикона сравнительно велика. Этот недостаток проявляется при передаче изображения движущихся объектов, за которыми появляются тянущиеся следы, наблюдается размывание контуров, потеря четкости и снижение контраста мелких деталей изображения.

К достоинствам видикона следует отнести:

– высокую крутизну характеристики преобразования [S] = [мкА/лк]);

– способность передачи информации от уровня черного;

– отсутствие искажений сигнала изображения (ореолов), связанных с эффектом перераспределения электронов (что имеет место в суперортиконе) на малых деталях изображения.

Применение. Видикон благодаря простоте, малым габаритам и высоким эксплуатационно-техническим параметрам широко используется в прикладных телевизионных системах. В ТВ вещании из-за большой инерционности и потери четкости малых деталей изображения он не используется. Его используют лишь при передаче кинофильмов; в этом случае большая освещенность мишени позволяет заметно (на порядок) снизить его инерционность.

К достоинствам видикона относится высокая чувствительность, способность к передаче информации о постоянной составляющей, отсутствие искажений сигнала изображения, связанных с эффектом перераспределения электронов. Недостатком видикона является его большая инерционность, которая проявляется в виде тянущегося следа за движущимися объектами.