RE0000094

Рисунок 3.4. – Явище фотоефекту у вакуумному приладі

Цей ефект пояснив Ейнштейн, припустивши, що світло передається не неперервною ЕМХ (електромагнітною хвилею), а має корпускулярну структуру, тобто складається з фотонів:

hν = Aвих + meVc2 , 2

де E = hν – енергія фотона;

h = 6,63×10−34 Дж × с – постійна Планка; ν – частота;

Aвих – робота виходу фотоелектронів з металу.

Зі збільшенням λ (ν ↓ ) енергія є недостатньою для виконання виходу електронів із металу. При виготовленні катодів Aвих намагаються зменшити.

Основні типи і характеристики фотокатодів (ФК)

Створено 25 основних типів, які почергово називаються S1 ÷ S25

(C1 ÷ C25).

Найбільш розповсюджені: S1 – киснево-срібно-цезієвий; S2 – сурмово-цезієвий;

S3 – багатолуговий.

Відносна спектральна чутливість ФК (S'λ ) – показує силу ходу

струму, що припадає на кожний ватт енергії випромінювання, яке має довжину хвилі λ (рисунок 3.5):

Sλ = I(Aм2 )Е(Втм2 ),[A Вт],

де I(Aм2 ) – густина струму;

Е(Втм2 ) – енергія випромінювання.

Рисунок 3.5 – Графік відносної спектральної чутливості фотокатодів

На рисунку 3.5 введено наступні позначення:

С1 – історично перший ФК, чутливий до випромінювання лазера; С2 – ФК, спектральна характеристика якого найбільш близька до чутливості ока (кольорове ТБ);

С20 – сучасний ФК, який використовується в приладах нічного бачення. При T ¹ 0K з поверхні ФК навіть при повному затемненні будуть

емітуватися електрони, які отримали енергію за рахунок температури коливань атомів. Струм, який буде при цьому виникати, називається

темновим струмом і є шумом.

Методи усунення: 1) охолодження; 2) підбір матеріалу.

3.5 ПРИНЦИП РОБОТИ ІКОНОСКОПА

Як видно з рисунка 3.6, іконоскоп має скляну колбу з горловиною, у якій знаходиться електронний прожектор. Основним елементом іконоскопа є фотомозаїка, що являє собою слюдяну пластинку, на лицьову поверхню якої напилені дрібні крапельки (зерна) срібла, ізольовані одна від одної. Тильна сторона слюдяної пластини покрита суцільним шаром срібла. Цей шар називається сигнальною пластиною.

Перед фотомозаїкою встановлене металеве кільце, що відіграє роль колектора фотоелектронів і вторинних електронів. Стосовно колектора кожне зерно фотомозаїки являє собою мікроскопічний фотокатод, а стосовно сигнальної пластини – обкладку мікроскопічного конденсатора.

На горловину надіваються відхиляючі котушки (рядкові і кадрові). Опір навантаження вмикається в ланцюг сигнальної пластини. Оптичне зображення переданого об'єкта проектується на поверхню фотомозаїки через стінку колби. На горловину надіваються відхиляючі котушки (рядкові і кадрові). Опір навантаження вмикається в ланцюг сигнальної пластини. Оптичне зображення переданого об'єкта проектується на поверхню фотомозаїки через стінку колби.

45

Рисунок 3.6. – Будова іконоскопа

Розглянемо роздільно такі три процеси:

∙комутація електронним променем неосвітленої фотомозаїки;

∙утворення потенційного рельєфу на фотомозаїці;

∙зчитування потенційного рельєфу, записаного на поверхні фотомозаїки, й утворення сигналу зображення.

Вдійсності всі ці три процеси проходять одночасно. При відсутності освітлення електронний промінь оббігає поверхню фотомозаїки і, потрапляючи по черзі на всі зерна, вибиває з них вторинні електрони, що спрямовуються до колектора. При цьому зерна фотомозаїки, скомутовані електронним променем, набувають позитивного потенціалу, і між мозаїкою і колектором виникає гальмуюче електричне поле, що перешкоджає подальшому перельоту вторинних електронів із мозаїки на колектор.

Вторинні електрони, що вибиваються електронним променем із фотомозаїки, можна розділити на три групи (рисунок 3.7 а):

I група – найбільш швидкі електрони, здатні перебороти гальмуюче поле і досягти колектора;

II група – найповільніші електрони, не здатні перебороти гальмуюче поле колектора, що призводить до їх падіння назад, на ті зерна, з яких вони вилетіли;

III група – електрони, не здатні перебороти гальмуюче поле колектора, але падаючі на сусідні зерна мозаїки; вторинні електрони III групи, осідаючи на сусідніх зернах, створюють як би «електронний дощ», що безупинно «мрячить» над поверхнею мозаїки і знижує потенціал її зерен.

46

Рисунок 3.7 – Фізичні процеси в іконоскопі:

а) мозаїка неосвітлена; б) графік зміни потенціалу зерна неосвітленої мозаїки; в) мозаїка частково освітлена; г) графік зміни потенціалу зерен з різною освітленістю (А – яскраво освітлене зерно, Б – неосвітлене зерно, В – зерно середньої освітленості)

В момент комутації зерно стрибком здобуває потенціал, що дорівнює +3 В, а потім під дією електронного дощу цей потенціал знижується до значення –1,5 В (рисунок 3.7 б).

Коли на поверхню фотомозаїки спроектовано оптичне зображення, освітлені зерна мозаїки починають випускати фотоелектрони (рисунок 3.7 в). При цьому чим яскравіша ділянка спроектованого зображення, тим більше фотоелектронів вилітає з відповідних зерен. Фотоемісія освітленої мозаїки перешкоджає зниженню потенціалу освітлених зерен, потенціал найбільше яскраво освітлених зерен знижується тільки до +1 В, а потенціал зерен, що мають проміжну освітленість, – до значення в межах від +1 до –1,5 В.

При кожній наступній комутації фотомозаїки (через період кадру) потенціал кожного зерна знову стрибком піднімається до значення +3 В (рисунок 3.7 г). У результаті на поверхні фотомозаїки виникає так званий потенційний рельєф – найбільш світлим ділянкам оптичного зображення відповідають більш високі значення потенціалів (близько +1 В, а найбільш темним – найнижчі – близько –1,5 В). Одночасно з цим відбувається заряд елементарних мікроскопічних конденсаторів, утворених зернами і сигнальною пластиною.

Для того щоб перетворити потенційний рельєф на фотомозаїці в сигнал зображення, необхідно по черзі «опитати» усі зерна або, як прийнято в телебаченні, «зчитати» потенційний рельєф.

Процес зчитування здійснюється в моменти комутації електронним променем зерен мозаїки. У моменти комутації зерен відбувається сти-

47

Рисунок 3.8 – Конструкція відікона

Анод іноді виконується розрізаним і складається з двох частин. Це дозволяє проводити динамічне фокусування електронного променя для забезпечення більшої чіткості на краях зображення. Трубка може працювати як у режимі повільних, так і в режимі швидких електронів. У першому випадку на сигнальну пластину подається прискорювальна напруга Uс.п. близько +20 В відносно катода.

Утворення сигналу у відіконі

Під дією електронного променя потенціал правої обкладки кожної елементарної ємності мішені CE доводиться до потенціалу катода (рисунок 3.9). Після відходу променя ємність починає розряджатися через фотоопір R E , який її шунтує. У зв’язку з цим на освітлених елементах мозаїки конденсатор буде розряджатися швидше, а на затемнених – повільніше (τрозр = RC ). Тому до моменту наступного циклу комутації для

вирівнювання потенціалу мішені на світлих місцях знадобиться більший струм, ніж на темних.

В режимі швидких електронів на сигнальну пластину подається потенціал, що дорівнює декілька сот вольт відносно катода. При цьому коефіцієнт вторинної емісії мішені більше одиниці, і, відповідно, під дією електронного бомбардування її потенціал зі сторони комутуючого променя встановлюється приблизно рівний потенціалу другого анода, а не катода. В іншому процес утворення сигналу такий самий, як і при комутації мішені променем повільних електронів.

Відікон у режимі розгортки повільними електронами, у порівнянні з режимом розгортки швидкими електронами, забезпечує більш рівномірний сигнал з усієї поверхні фотомішені, має більш високу розрізнювальну здатність на краях растра, потребує меншої освітленості на фотошарі, не утворює паразитного сигналу „чорної плями”, відтворює си-

49