книги из ГПНТБ / Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы Учеб.пособие для радиотехн.вузов и фак

магу, или каким-либо другим способом электрический ток пре­ образуется опять в световые сигналы, располагающиеся в том же порядке, что и элементы передаваемого изображения и с со­ ответствующей яркостью, так что их совокупность будет воспро­ изводить всё передаваемое изображение. Так как неподвижное изображение для записи его в приёмнике нужно передать толь­ ко один раз и скорость передачи его можно выбрать достаточно медленной, а мощность осветителя — достаточно большой, то в фототелеграфных аппаратах могут быть использованы с хоро­ шими результатами обычные фотоэлементы с относительно не­ большой чувствительностью.

Втелевидении для передачи изображения передвигающихся предметов так же, как и в кино, всё изображение должно вос­ производиться на экране приёмника не менее 25 раз в секунду.

Всовременных телевизионных передатчиках оптическое изоб­ ражение передаваемых предметов проектируется при помощи объектива в виде картинки, обычно с отношением сторон 4/3.

дельные элементы, от числа которых зависит чёткость изобра­ жения. Для повышения качества изображения размеры элемен­ тов нужно уменьшить и соответственно увеличить их число, которое обычно определяется через число строк. Наши телецент­ ры работают с числом строк 625. По указанным цифрам нетруд­ но подсчитать, что при числе строк 625 изображение стандарт­ ного размера должно содержать в себе N=517 775 элементов, и время, в течение которого луч света от одного элемента дей­

с учётом рассеяния света предметами и потерь света в объекти­

чество электричестваq=0,7510~Е• 10~6-0,08-10-6 =1=0,562-10-18 к>

т, е. только З-т-4 электрона! Естественно, что в таком режи­ ме флуктуации электронного тока фотоэлемента и шумы уси­ лителя будут создавать чрезвычайно большие помехи, во много раз сильнее передаваемого видеосигнала, вследствие чего пе­ редача изображения будет невозможной.

700

Подсчёты показывают,, цто дл#., получения видеосигналов с напряжением, превосходящим напряжение шумов в 20-*-30 раз (как это требуется для хорошей телевизионной передачи), не­ обходима освещённость в сотни раз большая, чем освещённость, создаваемая прямыми солнечными лучами. Применение фото­ электронного умножителя вместо фотоэлемента, так же как и применение некоторых специально разработанных для этой цели приборов (из которых следует упомянуть трубку Брауде, при­ менявшуюся в довоенные годы на Ленинградском телецентре), дало более выгодное соотношение видеосигнала к помехам. Но эти приборы, подобно простому фотоэлементу, являются прибо­ рами поочерёдного действия, т. е. такими, в которых электрооптическое преобразование элементов изображения осущест­ вляется последовательно (поочерёдно) и для получения теле­ визионного сигнала используется световой поток лишь от одного, передаваемого в данный момент, элемента изображения, что приводит к необходимости применения мощных световых пото­ ков. Поэтому с такими приборами оказалось возможным обес­ печить достаточно хорошую передачу только кинофильмов, для проекции которых можно использовать очень мощные источни­ ки света.

Проблема телевидения была практически решена лишь с по­ явлением новых приборов, в которых используется принцип одновременности электрооптического преобразования всех эле­ ментов изображения, при сохранении принципа поочерёдности их передачи по каналу связи. В этом случае обеспечивается бо­ лее длительное воздействие каждого элемента изображения на фотокатод и накопление энергии (заряда) в результате этого воздействия. Накопленная энергия используется затем для пе­ редачи телевизионного сигнала от каждого элемента изобра­ жения, что позволяет значительно снизить требуемую освещён­ ность передаваемого изображения.

Работающиё по такому принципу приборы называют труб­ ками с накоплением заряда. Сущность их работы заключается в образовании на поверхности диэлектрика (или совокупности изолированных частиц) очень малых электрических зарядов, распределение которых по 'поверхности соответствует распреде­ лению светлых и тёмных мест в оптическом изображении. Для образования таких зарядов используются явления: фотоэмис­ сии, вторичной электронной эмиссии, фотопроводимости и воз­ буждённой (или наведённой) проводимости.

В соответствии с этим современные передающие телевизион­ ные трубки можно классифицировать по характеру процесса, используемого в них для накопления заряда, а именно: трубки с фотоэмиссионным накоплением (иконоскоп, ортикон); трубки с вторично-эмиссионным накопителем (супериконоскоп, суперортикон); трубки с фотопроводящим накопителем (видикон); труб­ ки с накопителем наведённой проводимости (ибикон).

701

Иконоскоп

Иконоскоп (от греческого «иконос» — изображение и «скопео» — смотрю) является первой телевизионной передающей трубкой с накоплением заряда, разработанной в 1931 г. и на­ ходящей применение в установках телекинопередач.

Схематическое устройство иконоскопа показано на рис. 24.23.

В узкой стеклянной трубке, приваренной к основному широкому цилиндрическому баллону, помещён электронный прожектор, дающий пучок диаметром примерно 0,2 мм; вторым анодом прожектора служит металлический слой А2, нанесённый на внут­ ренней поверхности баллона.

Электронный пучок, выходящий из прожектора, падает на вертикально расположенную в широкой части баллона пластин­ ку, называемую «мозаикой». Мозаика состоит из слюдяного листка толщиной 0,02 -т- 0,04 мм, у которого передняя поверх­ ность покрыта тонким слоем изолированных друг от друга мелких серебряных зерён, активированных цезием.

Задняя сторона слюдяного листка покрыта проводящим сло­ ем, называемым «сигнальной пластиной», от которой сделан

на мозаику, покрывает одновременно несколько сотен зёрен. Каждое зерно мозаики представляет собой катод миниатюрного фотоэлемента со средней чувствительностью 5 мка/лм, и, кроме того, является обкладкой некоторого конденсатора, другой об­ кладкой которого служит сигнальная пластина. Емкость одного квадратного сантиметра поверхности мозаики по отношению к сигнальной пластине равна около 100 пф.'

702

Снаружи узкой части стеклянного баллона расположены!

две пары отклоняющих катушек.

Через катушки, отклоняющие пучок по вертикали, пропу­ скается пилообразный ток с частотой, равной частоте кздроз,. через другую пару катушек проходит пилообразный ток с часто­ той, равной произведению из числа строк на частоту кадров.

Под действием магнитного поля первых катушек электронный пучок медленно (в течение V25 сек) перемещается по мозаике сверху вниз; в то же время под действием второй пары катушек пучок быстро перемещается по горизонтали, прочерчивая на мозаике одну за другой строки так, что в течение одного кадра! электронный пучок пройдёт по всем участкам поверхности мо­ заики и затем опять начнёт своё движение с верхней строки.

На поверхность мозаики с помощью объектива проектирует­ ся оптическое изображение предметов, находящихся перед ико­

носкопом.

В иконоскопе электроны пучка падают на неосвещённуюмозаику с большой скоростью, определяемой напряжением вто­ рого анода 750 800 в (поэтому такие трубки называют труб­ ками с развёрткой быстрыми электронами), и выбивают с мозаи­ ки втбричные электроны, вследствие чего потенциал участка под. пучком повышается до + 3 в относительно второго анода.

Под действием возникающего тормозящего поля между мо­ заикой и вторым анодом около 75% вторичных электронов воз­ вращается на мозаику и только 25% вторично-электронного тока доходит до анода. Возвращающиеся к мозаике электроны,, падая на участки, уже пройденные пучком, снижают их потен­ циал и доводят его до значения — 1,5 в, соответствующего рав­ новесному состоянию.

При проектировании на мозаику изображения потенциалы, освещённых участков повышаются вследствие фотоэмиссии;, новое равновесное значение потенциала устанавливается на каждо.м участке в зависимости от его освещённости при равен­ стве числа фотоэлектронов, уходящих с этого участка, числу вторичных электронов, приходящих на него. Эти значения по­ тенциалов колеблются от —1,5 в на чёрных участках до +1 в- в наиболее светлых участках изображения. Электронный пучок,, покрывая тот или иной участок, повышает его потенциал за счёт вторичной эмиссии, как было сказано, до + 3 в; при этом очевидно с более светлых участков, с которых уже ушло неко­ торое число фотоэлектронов, ток вторичной эмиссии будет мень­ ше, чем с тёмных участков. В соответствии с изменением пол­ ного числа выбиваемых с того или иного участка электронов-, будет изменяться и количество вторичных электронов, перехо­ дящих с мозаики на второй анод. Переменная составляющая тока вторичных электронов на второй анод проходит через ём­ кость между участком мозаики и сигнальной пластиной и соз­ даёт на сопротивлении R напряжение видеосигнала.

703-

Так как между мозаикой и вторым, анодом устанавливается весьма небольшая разность потенциалов, которая у сильно осве­ щённых участков делается даже тормозящей, то у поверхности мозаики создаётся сильный пространственный заряд. Вслед- -ствие этого ток фотоэмиссии с освещённых участков будет меньше тока насыщения, как показывают измерения, раз в пять ■и во столько же раз будет меньше рабочая чувствительность мозаики (вместо 5 мка/лм только 1 мка/лм).

В результате указанных причин переменный ток видеосигнала ■будет в двадцать раз меньше того тока, который можно было ожидать от иконоскопа без учёта явления вторичной эмиссии, «следствие чего фактически получаемый при использовании иког носкопа выигрыш по сравнению с обычным фотоэлементом оказывается равным 10 000 -т- 20 000 вместо выигрыша в N раз.

Но и этого, конечно, достаточно для того, чтобы осуществить -с иконоскопом телевизионную передачу при практически допу­ стимой освещённости.

Из недостатков иконоскопа, снижающих качество передаваемых им изоб­ ражений, надо отметить следующие. Выше было указано, что возвращающиеся на мозаику электроны поддерживают на ней равновесный потенциал, который на «уровне чёрного» (без освещения) равен — 1,5 в. При наличии изображе­ ния на мозаике равновесный потенциал различных участков различен и дол­ жен зависеть от степени их освещённости. Но фактически на величину ■этого потенциала влияет то, что возвращение электронов на мозаику зависит и от положения пучка, так как источником возвращающихся электронов в каж­ дый момент является участок, покрытый пучком. Вследствие того что пучок, двигаясь слева направо и сверху вниз, быстро перескакивает с правого края ■строк на левый край новых строк, и с нижней строки кадра на верхнюю строку его, на участки мозаики, расположенные у её краёв, всегда возвра­ щается электронов меньше, чем на центральные участки, которые поэтому бу­ дут всегда иметь более низкий равновесный потенциал, соответствующие меньшей освещённости. В результате в центральной части изображени)

(обычно ближе к верху и к левому краю его) появляется «чёрное пятно», ин­ тенсивность и точное расположение которого меняются в зависимости от рас­ пределения света и тени на мозаике, т. е. от содержания картинки. Чёрное ■пятно усиливается при увеличении тока пучка, нормальная величина которо­ го в рабочем режиме равна 0,2 ч-0,3 мка.

Другим недостатком иконоскопа является возникновение трапециевидных искажений в изображении, обусловленных тем, что пучок падает на поверх­ ность мозаики под большим углом, и поэтому при однем и том же угловом от­ клонении пучка нижние строки получаются короче верхних. Для устранения чёрного пятна приходится применять специальные схемы, в которых созда­ ются компенсирующие сигналы; для уничтожения трапециевидных искажений применяют специальной формы пилообразный ток в катушках строчной раз­ вёртки.

Зависимость чувствительности мозаики иконоскопа от оовещённости яв­ ляется также недостатком его. У сильно освещённых участков мозаики рав­ новесный потенциал возрастает и пространственный заряд около них усили­ вается, вследствие чего ток фотоэмиссии и чувствительность уменьшаются. Поэтому иконоскоп передаёт неискажённое изображение лишь в ограничен­ ном диапазоне освещённости.

Основные данные режима питания и параметры выпускае­ мого нашей промышленностью иконоскопа ЛИ1 приведены в табл. 24.5.

7 0 4

первых, создать у поверхности мозаики ускоряющее поле, кото­ рое нейтрализовало бы действие пространственного заряда вы­ биваемых из неё электронов и тем увеличило бы ток, идущий с участков мозаики на второй анод, и, во-вторых, повысить чув­ ствительность мозаики.

В 1934 г. Л. А. Кубецкий предложил направлять поток вто­

ления усиленный в этом умножителе ток.

В 1933 г. П. В. Шмаков и П. В. Тимофеев предложили другой способ увеличения чувствительности иконоскопа. В их трубке,

которых образцах супериконоскопов для этой цели используется поверхность слюдяной пластинки, которую сначала обрабаты­ вают в режиме тлеющего разряда в атмосфере кислорода и за­ тем^ осаждают на неё'пары цезия. Электроны, летящие с боль­ шой скоростью с фотокатода на мозаику, выбивают с её поверх­ ности новые вторичные электроны, которые в супериконоскопе

играют такую же роль, как фотоэлектроны в обычных иконоско­ пах. Таким образом, супериконоскоп относится к разряду при­ боров с вторично-эмиссионным накопителем. В остальном рабо­ чий процесс протекает так же, как в иконоскопе. Выигрыш в чувствительности здесь получается за счёт большей, чем у мо­ заики, чувствительности полупрозрачного фотокатода и за счёт усиления тока при вторичной эмиссии с мозаики. По сравнению с простым иконоскопом в супериконоскопе чувствительность уве­ личивается примерно в 10 раз. Для обеспечения неискажённого переноса изображения с фотокатода на мозаику в супериконо­ скопе необходимо применять специальную фокусировку элект­ ронного потока, выходящего с фотокатода. Несмотря на такую фокусировку, передать изображение без искажений удаётся только с центральной части фотокатода, что является недостат­ ком этого прибора.

В дальнейшем иконоскопы с переносом изображения были значительно усовершенствованы и применяются для студийных телевизионных передач.

Основные данные режима питания и параметры некоторых супериконоскопов, выпускаемых нашей промышленностью, при­ ведены в табл. 24.6.

Ортикон

Весьма интересной по конструкции и по получаемым от неё результатам является трубка, получившая название ортикон (1939 г.) и относящаяся к разряду приборов с фотоэмиссионным накопителем заряда. Устройство ортикона показано на рис. 24.25 (вид сверху). В одном конце длинной цилиндрической трубки расположен электронный прожектор, состоящий из катода К, управляющего электрода В, первого анода и второго анода А2; в другом конце прибора помещены фоточувствительная мозаи­ ка М, нанесённая на слой диэлектрика, промежуточный кольце­ образный электрод Р и коллектор С, выполненный в виде широ­ кого кольца на внутренней стенке прибора.

В средней части трубки расположены две пластины D\ и D2, служащие для отклонения пучка в горизонтальном направлении (строчная развёртка) и две катушки L\ и Ь2 для вертикального отклонения пучка. Весь прибор помещён внутри длинной ка-

706

тушки L, создающей продольное магнитное поле для фокусиров­ ки электронного пучка. Сигнальная пластина мозаики через на­ грузочное сопротивление R и катод соединены с землёй и имеют, таким образом, нулевой потенциал. На первый анод подаётся ускоряющее напряжение 350 в; на втором аноде и коллекторе напряжение около 200 в; напряжение промежуточного электрода Р регулируется в пределах от нуля до 100 в.

Оптическое изображение проектируется на мозаику сквозь сигнальную пластину, которая для этой цели сделана полупро­ зрачной (очень тонкий слой платины). Электроны пучка, дви­ гающиеся вдоль трубки с большой скоростью, соответствующей напряжению электродов А2 и С, при прохождении промежу­ точного электрода Р с пониженным потенциалом постепенно тор­ мозятся и подходят к мозаике с настолько малой скоростью, что выбивают из неё очень немного вторичных электронов (ко­ эффициент вторичной эмиссии меньше единицы), вследствие чего потенциал мозаики оказывается близким к потенциалу ка­ тода. Такие трубки называют трубками с развёрткой медленны­ ми электронами.

При проекции изображения на мозаику с её освещённых участков вылетают фотоэлектроны и так как электрическое по­ ле между мозаикой и промежуточным электродом является для этих электронов , ускоряющим, то токи фотоэмиссии с мозаики будут токами насыщения и при этом значительно больше, чем в иконоскопах. Вследствие этого освещённые участки мозаики приобретают большие положительные заряды и потенциальный рельеф изображения на мозаике получается более глубоким. Электронный пучок, перемещающийся по поверхности мозаики, восстанавливает потенциал всех её участков до одинакового зна­ чения, равного потенциалу катода; чтобы быть в состоянии это сделать и на наиболее освещённых участках, пучок должен

иметь достаточно большой ток (до 2 мка) , для чего на управля­ ющий электрод В подаётся положительное напряжение.

Благодаря тому, что элементарные фотокатоды мозаики ра­ ботают в режиме насыщения без ограничения пространственным зарядом, в ортиконе принцип фотоэмиссионного накопления электрических зарядов используется лучше, чем в иконоскопе, и чувствительность ортикона получается до 70% от теорети­ ческой, что обеспечивает нормальную работу ортикона при весь­ ма небольших освещённостях (10-г- 60 лк).

Вследствие отсутствия пространственного заряда около мозаики электро­ ны, вышедшие с её поверхности, не будут возвращаться на неё и поэтому в ортиконе нет чёрного пятна. Но при очень сильном освещении отдельных уча­ стков мозаики их положительный потенциал может стать настолько большим, что коэффициент вторичной эмиссии с этих участков делается больше еди­ ницы, вследствие чего при падении на эти участки пучка их потенциал воз­ растает ещё больше, распространяясь на соседние участки, и на мозаике по­ является светлое пятно. Во избежание этого следует избегать сильного осве­ щения мозаики в ортиконе.

Небольшой размер мозаики в ортиконе описанной конструкции (55Х Х 40 мм) и трудности фокусирования пучка медленных электронов в очень узкий луч позволяют получить число строк в разложении не свыше 400-4-500, что ограничивает чёткость передаваемой картины.

Суперортикон

Во время второй мировой войны в США была сконструиро­ вана новая передающая трубка с вторично-эмиссионным нако­ пителем заряда—суперортикон, или ортикон с переносом изоб­ ражения. Первые промышленные образцы таких трубок появи­ лись в 1946 г.

Катод

Управляющий

электрод

С внутренней торцевой стороны баллона помещается полупроз­ рачный фотокатод 1. Излучаемые им электроны ускоряются кольцевым электродом 2 и попадают на мишень 3> проходя че­ рез сетку 4, расположенную на расстоянии 5(1 мк от мишени и

708