Электронно-лучевые трубки с внутренним фотоэффектом.
ВИДИКОН
Чувствительность передающих трубок, использующих внешний фотоэффект, кроме других причин, ограничена квантовым выходом, значительно меньшим единицы. Большой квантовый выход в фотопроводящих слоях позволяет создать передающие трубки, обладающие высокой чувствительностью, малыми габаритами и простые по конструкции. Конструкция такой трубки предложена еще в 1925 г. советским ученым А.А.Чернышевым. Однако создание фотослоев, обладающих малой инерционностью, требуемой равномерностью и высокой чувствительностью, связано с большими трудностями, поэтому первая трубка была создана только в 1950 г.По механизму образования сигнала такие трубки можно разделить на трубки с мишенями из высокоомных и низкоомных фотопроводящих слоев. Наиболее распространены трубки первого вида: видиконы (принятое в СССР наименование), статиконы, резистроны и люминоконы. По конструктивному оформлению и принципу получения сигнала они аналогичны.
Трубки с низкоомным фотослоем являются трубками мгновенного действия и в настоящее время находятся в стадии лабораторных разработок (1972г.)
Видикон является передающей телевизионной трубкой, в которой для преобразования световой энергии в электрическую используется внутренний фотоэффект.
Устройство современного видикона представлено на рис.2
Конструктивно трубка очень проста. Внутри стеклянного вакуумного баллона 1 на внутренней торцевой поверхности нанесена светочувствительная мишень 2, состоящая из полупрозрачной металлической пленки 3, называемой сигнальной пластиной, и тонкого фотопроводящего слоя 5, толщина которого не превышает нескольких микрон. В качестве фотопроводящего слоя применяется селен, трисульфид сурьмы, сернистый кадмий и другие фотопроводящие вещества. Сигнальная пластина соединяется с металлическим кольцом 4, которое вварено в стекло баллона и выведено наружу. Внутри трубки располагается также электронный прожектор, состоящий из катода 6, управляющего электрода 7, первого 8, второго 9 и третьего 10 анодов (в некоторых типах видиконов второй анод объединяется с третьим).
Третий анод выполняется в виде цилиндра и у мишени заканчивается мелкоструктурной тормозящей сеткой 11. Сетка применяется для того, чтобы обеспечить перпендикулярное падение электронов на фотослой по всей поверхности. Сетка обеспечивает равномерное тормозящее поле перед слоем и одновременно препятствует образованию ионного пятна на слое.
Рис.2. Конструкция видикона (а) и схема мишени (б,в)
Отклонение и фокусировка развертывающего луча осуществляется с помощью отклоняющей системы 12 и фокусирующей катушки 13, расположенных на баллоне. Кроме того, на баллоне расположены и корректирующие катушки 14, которые так же, как и в суперортиконе, обеспечивает совмещение оси электронного пучка с осью магнитного фокусирующего поля и, таким образом, исправляют дефекты сборки электронного прожектора (неточная установка электронного прожектора по линии оптической оси трубки).
Оптическое изображение с помощью объектива 15 проецируется на мишень. Эквивалентная схема мишени может быть представлена в виде элементарных емкостей C1, C2, …Cn, зашунтированных переменными резисторами R1, R2, …Rn. Величины сопротивлений этих резисторов определяются числом квантов света, попавших на данный элемент фотослоя R = f(E). Поперечное темновое сопротивление фотослоя (около 108 ом/см2) при освещении мишени может уменьшаться в 100 раз.
При работе трубки в режиме медленных электронов на сигнальной пластине устанавливается напряжение в пределах от 10 до 30 вольт по отношению к катоду. На катоде – нулевой потенциал, а на аноды подается напряжение порядка 300 В.
Когда оптическое изображение не проецируется на мишень, на левых обкладках элементарных емкостей – положительный потенциал Uсп. Электроны развертывающего луча, создаваемого прожектором, после прохождения через сетку тормозятся сильным электрическим полем. Поэтому при подходе к мишени они будут иметь нулевые скорости.
В момент прихода луча на правую обкладку элементарной емкости (допустим, С1), потенциал ее будет доведен до потенциала катода, так как фотосопротивление, обладающее высоким удельным сопротивлением (малой проводимостью), может рассматриваться как изолированный электрод. Следовательно, данная элементарная емкость в момент прихода луча заряжается до некоторого напряжения U. Вследствие большого сопротивления утечки R1, можно считать, что к моменту следующей коммутации сохранится прежняя разность потенциалов.
Если же на мишень проецируется изображение, то за счет внутреннего фотоэффекта сопротивление утечки каждой элементарной емкости изменится и будет пропорционально освещенностям элементов фотослоя, то есть получится рельеф проводимостей или сопротивлений. Вследствие этого, после ухода луча будет происходить ее разряд, и к моменту следующей коммутации потенциал емкости будет определяться освещенностью этого участка фотослоя. Электронным лучом потенциал правой обкладки опять доводится до потенциала катода. Так как каждая емкость разрядилась частично, до определенной величины, то зарядные токи при коммутации емкостей будут разными. Заряд емкостей сопровождается образованием тока сигнала.
Процесс образования потенциального рельефа носит инерционный характер и в сильной степени зависит от освещения мишени. С увеличением освещенности инерционность уменьшается.
Инерционность видикона является его недостатком и проявляется на изображении в виде тянущегося следа за движущимися объектами передачи, в размывании их контуров, потери четкости и снижении контрастности. Поэтому основной задачей усовершенствования видиконов была и остается задача снижения инерционности при одновременном повышении чувствительности.