Владимир Поляков - Посвящение в радиоэлектронику
F = eVB,
где е — заряд частицы; V — ее скорость; В — индукция поля. Сила перпендикулярна направлению полета частицы (электрона) и перпендикулярна направлению поля.
Если у вас есть постоянный магнит, проведите любопытный опыт. Поднесите магнит к экрану работающего телевизора и посмотрите, как исказится изображение! Это магнитное поле искривило траекторию полета электронов. Только не надо делать этот опыт с цветным телевизором: детали трубки могут намагнититься и нарушится сведение цветов. А с черно-белым телевизором опыт вполне безопасен.
Отклонение заряженной частицы магнитным полем.
Итак, для отклонения луча по строке магнитное поле надо направить сверху вниз. Оно создастся парой катушек сверху и снизу горловины трубки — строчными отклоняющими катушками. Аналогично, только по бокам горловины трубки, расположены кадровые отклоняющие катушки. Ток пилообразной формы в отклоняющих катушках изменяется по линейному закону с частотой строк и кадров, а растр образуется точно так же, как было описано выше. Телевизионные приемные трубки с магнитным отклонением называют кинескопами.
Кинескоп:
1 — экран; 2 — люминофор; 3 — анод; 4 — управляющий и фокусирующий электроды; 5 — катод; 6 — цоколь; 7 — отклоняющие катушки на горловине кинескопа
Современное электронное телевидение
Чтобы посмотреть телепередачу, одного кинескопа мало, нужны еще телевизор — устройство достаточно сложное и телецентр, из которого ведутся передачи. Вы, разумеется, видели, что операторы в студии пользуются телекамерами — устройствами для преобразования изображения в видеосигнал. Основу телекамеры составляет передающая телевизионная трубка. Исторически первыми были иконоскопы. Термины «кинескоп» и «иконоскоп» предложил В. Зворыкин один из первых изобретателей электронного телевидения. Они образованы от греческих слов «движение», «изображение» и «смотрю». Преобразователем изображения в электрический сигнал в иконоскопе служит мозаика фоточувствительных глобул серебра, нанесенных на слюдяную пластинку и изолированных друг от друга. Обратная сторона пластины металлизирована. На мозаику с помощью объектива фокусируется изображение. Там, где освещенность велика, кванты света выбивают из атомов серебра электроны (происходит фотоэлектрический эффект), и это место мозаики приобретает положительный заряд. Там же, где освещенность мала фотоэффект слаб и заряд тоже невелик. За время передачи кадра заряд накапливается в элементарных конденсаторах, одна обкладка которых образована глобулой серебра, а другая, общая, — металлизированной подложкой слюдяной пластины. Таким образом, распределение заряда на поверхности мозаичной пластины в точности соответствует оптическому изображению. Теперь заряд надо «считать».
Устройство иконоскопа.
Делает это электронный луч. Электронная пушка, содержащая катод, ускоряющий и фокусирующий электроды, формирует электронный луч, а отклоняющие катушки развертывают его по строкам и кадрам. Пробегая по мозаике, электронный луч замыкает цепь «мозаика — вход видеоусилителя», и заряд элементарного конденсатора стекает через высокое (несколько мегаом) сопротивление нагрузки, создавая на нем напряжение видеосигнала.
Электронный луч в данном случае подобен коммутатору, условно показанному на рисунке в виде переключателя. Таким способом с мозаики иконоскопа и считывается видеосигнал.
Принцип действия иконоскопа.
Иконоскопы уступили позиции более чувствительным и совершенным передающим телевизионным трубкам. К ним относятся суперортиконы, видиконы и некоторые другие. Но прежде чем рассказывать об их устройстве, следует сказать несколько слов о принципе фотоумножения, который в них часто используется. Обычный фотоэлемент под воздействием энергии света генерирует фотоэлектрический ток. При попадании квантов света атомы фотокатода испускают электроны. Но один электрон на квант света — это очень мало, и тогда специалисты говорят, что у фотоэлемента мал квантовый выход. А что если фотоэлектроны ускорить электрическим полем и заставить ударяться о металлическую пластину — динод? Электрон выбьет из нее несколько новых электронов. Их также можно ускорить и направить к следующему диноду. В современном фотоумножителе может быть десяток динодов, а коэффициент умножения электронов достигает миллиона! В настоящее время фотоумножитель является самым чувствительным и эффективным приемником света.
Фотоэлектронный умножитель.
Посмотрите на упрощенный эскиз конструкции суперортикона. Изображение проецируется объективом на фотокатод, нанесенный изнутри на торцевую поверхность стеклянной трубки, откачанной до глубокого вакуума. Веществом фотокатода обычно служат соединения цезия, легко испускающие электроны под действием света. За фотокатодом расположены ускоряющий электрод и мишень с размещенной перед ней мелкой металлической сеткой. Фотоэлектроны ускоряются электрическим полем в сторону мишени, ударяются о нее и выбивают по нескольку вторичных электронов, которые тут же собираются сеткой. Чем ярче освещенность, тем больше фотоэлектронов бомбардирует мишень, тем больше она отдает вторичных электронов и тем больший положительный заряд получает. Так электронное изображение переносится с фотокатода на мишень.
Чтобы оно не потеряло четкость в этой секции суперортикона, называемой секцией переноса, используется магнитное поле длинной фокусирующей катушки, надетой на трубку. Фокусируя электронный поток, оно заставляет фотоэлектроны, вылетевшие из какого-то места фотокатода, попадать на мишень в точке, лежащей точно напротив этого места.
Устройство суперортикона:
1 — объектив; 2 — фотокатод; 3 — ускоряющий электрод; 4 — сетка; 5 — мишень; 6 — тормозящий электрод; 7 — отклоняющие катушки; 8 — фокусирующая катушка; 9 — фокусирующий электрод; 10 — анод; 11 — корректирующие катушки; 12 — электронная пушка; 13 — катод; 14 — секция умножителя
Итак, на мишени сформировалось распределение заряда, соответствующее исходному изображению. Мишень изготовлена из слабо проводящего электрический ток стекла, поэтому сформированный заряд передается и на противоположную сторону мишени. По ней движется (сканирует) электронный луч, считывая изображение.
Для фокусировки и отклонения электронного луча служат уже упомянутая фокусирующая и отклоняющие катушки, расположенные снаружи трубки. Поле фокусирующей катушки направлено по оси трубки. Оно не изменяет осевой составляющей скорости электрона. Но если у электрона «появится желание» полететь вбок, т. е. возникнет радиальная составляющая скорости, то сила Лоренца заставит его двигаться по спирали, возвращаясь к оси трубки.
Дополнительная фокусировка осуществляется электрическим полем специального электрода. Поле отклоняющих катушек направлено перпендикулярно оси трубки. Оно отклоняет электронный луч по строкам и кадрам в соответствии с током пилообразной формы, подаваемым в катушки от генераторов разверток.
Перед мишенью установлен тормозящий электрод, создающий электрическое поле, уменьшающее скорость электронов в луче почти до нулевой. Такой «медленный» пучок электронов не вызывает вторичной эмиссии с мишени. Отраженный от мишени электронный луч возвращается в область «электронной пушки», вокруг которой расположены секции электронного умножителя. Здесь количество электронов увеличивается примерно в 1000 раз, и повышается чувствительность суперортикона к слабым сигналам. В результате чувствительность получается такой, что можно вести внестудийные передачи без дополнительного освещения. Наряду со множеством достоинств суперортикон имеет и существенный недостаток: уж очень он сложен по конструкции. Значительно проще устроен видикон.
В видиконе применена мишень из вещества, не испускающего фотоэлектроны, а изменяющего свою проводимость под действием света. К таким веществам относятся аморфный селен, сурьма, соединения свинца и кадмия. Как вы, вероятно, помните, селен использовался и в первой телевизионной системе Дж. Керри, но там не было коммутации элементов изображения развертки. В видиконе изображение развертывается электронным лучом. Посмотрим устройство трубки. На внутреннюю торцевую ее поверхность нанесена полупрозрачная проводящая металлическая подложка, а поверх нее — слой вещества, образующего мишень. Перед мишенью расположена сетка, соединенная со вторым анодом и служащая для выравнивания поля в области мишени. С другой стороны трубки расположены «электронная пушка» (электронный прожектор) и анод, собирающий электроны, отраженные от мишени. Для фокусировки и отклонения луча на трубку надеты фокусирующая и отклоняющие катушки.
