6. Передающие телевизионные электроннолучевые трубки

Передающая телевизионная трубка — это электроннолучевой прибор, преобразующий оптическое изображение в последова­тельность электрических сигналов. Она является датчиком электрического сигнала, который в системе телевидения пере­дается на модулятор кинескопа. Датчик сигнала преобразует световую энергию, отраженную от объекта и падающую на фоточувствительную поверхность, в электрическую.

Яркость отдельных элементов изображения, спроецированного

на фоточувствительную поверхность, различна. Электрические сигналы от этих элементов должны передаваться в определенной последовательности — построчно по кадрам. Для этого служит электронный луч, создаваемый прожектором, и система разверт­ки луча по горизонтали и вертикали изображения на фоточувст- вительной поверхности, аналогичная развертке по экрану кинес­копа. Таким образом, передающие телевизионные трубки содер­жат фотоэлектронные и электроннолучевые приборы.

На рис. 3.13, а приведено схематическое устройство трубки.

Рис. 3.13. Схематическое устрой­ство передающей телевизионной электроннолучевой трубки (а) и разрез структуры мозаичного фотокатода (б): I — баллон;

2 — мозаичный фотокатод; 3 — второй анод; 4 — объект; 5 — объектив; 6 — электронный про­жектор; 7 — отклоняющая сис­тема; 8 — электронный луч; 9 — элементы мозаики; 10 — слюда; II — сигнальная пластина; 12 — опорная пластина

В торце широкой части баллона 1 расположен фоточувствитель- ный экран 2. Он представляет собой тонкую слюдяную пластину (рис. 3.13, б), с одной стороны покрытую металлическим слоем, называемым сигнальной пластиной, от которой сделан наружный вывод. С другой стороны на слюдяную пластину нанесено мно­жество мельчайших изолированных друг от друга зерен фото- чувствительного серебра. Каждое из нескольких миллионов этих зерен является миниатюрным фотоэлементом, который через ем­кость элементарного миниатюрного конденсатора серебро — слю­да — металл соединен с сигнальной пластиной и внешним вы­водом. Такой экран называют мозаичным фотокатодом, или прос­то мозаикой. На внутреннюю поверхность баллона нанесен ме­таллический слой 3 (см. рис. 3.13, а), служащий вторым анодом. Напротив мозаики в баллоне имеется окно, через которое опти­ческое изображение объекта 4 с помощью объектива 5 фокуси­руется на мозаику.

В узкой горловине трубки, расположенной под углом к мозаи­ке, находятся электронный прожектор 6 и система отклонения луча 7.

Рассмотрим принцип работы передающей трубки. Под дей­

ствием света, падающего на мозаику от объекта через объектив, фотоэлементы мозаики испускают электроны; происходит фото­электронная эмиссия. Количество испускаемых каждым фотоэле­ментом электронов разное; оно пропорционально интенсивности светового потока от данного элемента объекта. Электроны с фотокатода уходят на положительно заряженный анод 3, а эле­мент мозаики, с которого они ушли, заряжается положительно. Величины зарядов элементов мозаики различны и пропорцио­нальны количеству ушедших электронов; распределение накоп­ленных положительных зарядов на мозаичном фотокатоде точно соответствует освещенности элементов оптического изображения объекта на нем. Так создается электронное изображение объекта, под которым понимают поток электронов с поверхности фото­катода, распределение плотности которого соответствует распре­делению освещенности в оптическом изображении, спроециро­ванном на фотокатод.

Дальнейший процесс преобразования электронного изображе­ния в электрические сигналы осуществляется путем считывания этого изображения построчно электронным лучом 8. Пробегая по строчкам мозаики, луч поочередно нейтрализует положитель­ные заряды ее элементов своими электронами. Поскольку каж­дый фотоэлемент соединен через элементарные конденсаторы с сигнальной пластиной, то образовавшиеся на нем положительные заряды индуктируют на пластине соответствующие местные от­рицательные заряды, т. е. притягивают электроны. При нейтрали­зации элементов мозаики лучом происходит разряд элементарных конденсаторов: электроны освобождаются и уходят через внеш­ний вывод в цепь. В результате при движении луча по мозаике в цепи возникают последовательные импульсы тока, величина которых изменяется пропорционально освещенности элементов мозаики. На сопротивлении нагрузки /?„ импульсы тока создают импульсы напряжения — электрические видеосигналы.

В современных передающих телевизионных трубках конструк­ция и процессы сложнее. Усовершенствование этих приборов осуществляется с развитием науки и техники в соответствии с требованиями улучшения параметров преобразователей опти­ческих изображений в электрические сигналы: чувствительности, разрешающей способности, быстродействия, световых и спект­ральных характеристик. В частности, вместо непрозрачного мо­заичного фотокатода используется полупрозрачный фотокатод, работающий на просвет, т. е. эмиттирующий электроны в сторо­ну, противоположную той, откуда падает свет. Полученное в виде потока электронов электронное изображение может быть перенесено с помощью ускоряющего электрического и продоль­ного магнитного полей на другую плоскость — мозаичную ми­шень. Падая на нее, электронные пучки, вышедшие из элементов фотокатода, вызывают вторичную электронную эмиссию с эле­ментов мишени. Уход вторичных электронов создает на элемен­тах мишени положительные заряды. Поскольку вторичных электронов вылетает больше, чем падает первичных, то проис­ходит умножение величины заряда и увеличение импульсов тока; чувствительность трубки повышается. В ряде типов трубок ис­пользуются вторично-электронные умножители с несколькими ступенями умножения потока электронов, у которых коэффициент усиления тока достигает величины 10⁷.

Решение задачи миниатюризации передающей телевизионной аппаратуры потребовало замены электровакуумных преобразо­вателей световой энергии в электрические сигналы твердотель­ными (безвакуумными) фотоэлектронными преобразователями, что привело к изобретению приборов с зарядовой связью. Эти преобразователи основаны на использовании фоторезисторов, фотодиодов и фототранзисторов. Изготовление приборов с заря­довой связью осуществляется на базе МОП-структур при полу­проводниковой технологии. Используется их способность соби­рать, накапливать и хранить заряды неосновных носителей в локальных областях у поверхности полупроводника. Заряды возникают под действием света и путем управляемого переме­щения этих областей последовательно переносятся к выходному устройству, которое преобразует их в последовательные электри­ческие видеосигналы.

В рассмотренных системах преобразования оптического изоб­ражения в электрические сигналы в качестве сигнала используют мгновенное значение фототока только от одного передаваемого элемента изображения и лишь в течение времени передачи этого элемента. Световой поток, падающий на другие элементы изобра­жения, и вызываемый им фототок в этом случае не используют для образования сигнала. Такие системы называют системами мгновенного действия. В них низка эффективность использова­ния светового потока, а также чувствительность системы. Повы­сить эффективность использования светового потока позволяют системы с бегущим лучом. В них весь световой поток сосредото­чен в луче соответственно угловому размеру одного элемента изображения, но световое пятно должно перемещаться по объек­ту по закону развертки изображения.

Контрольные вопросы

1. Нарисуйте схематическое устройство электроннолучевой трубки с электро­статическим управлением и объясните назначение ее основных узлов.

2. В чем заключаются развертка электронного луча и получение на экране изо­бражения исследуемого сигнала?

3. Объясните принцип фокусировки и отклонения луча в электроннолучевой трубке с магнитным управлением.

4. Что представляет собой кинескоп? Какие виды кинескопов существуют и каковы особенности их устройства?

5. Объясните принцип действия кинескопов черно-белого и цветного изобра­жений.

6. Назовите основные параметры электроннолучевых трубок.

7. Объясните принцип действия передающей телевизионной электроннолучевой трубки.