Радио и телевидение?.. Это очень просто!

Айсберг Евгений Давыдович

Качества, которыми должна обладать передающая телевизионная трубка

К передающим телевизионным трубкам предъявляется ряд требований, обеспечить которые очень нелегко. Трубки должны обладать высокой чувствительностью к свету, чтобы можно было передавать слабо освещенные сцены, а также выдавать видеосигналы, строго пропорциональные широкой гамме яркостей; иначе говоря, их уровень насыщения должен быть как можно выше, и до его достижения кривая, характеризующая видеосигнал в зависимости от яркости просматриваемого элемента, должна быть как можно ближе к прямой. Кроме того, видеосигналы должны изменяться столь же быстро, как изменяется

яркость последовательно просматриваемых элементов изображения. И если яркость какого-либо элемента изменяется, что нередко бывает при передаче подвижных изображений, то при следующей передаче этого элемента (что происходит всего лишь через 0,04 с) электрический сигнал должен соразмерно изменяться.

Как видишь, в требованиях, предъявляемых к передающей телевизионной трубке, недостатка нет. Ты догадываешься, что, кроме уже перечисленного, желательно, чтобы трубка не была слишком большой, чтобы она служила долго и при этом ее характеристики не изменялись, чтобы ею можно было легко пользоваться.

Посмотрим, как удается удовлетворить столько жестких условий.

Фотоэмиссия и фотопроводимость

Для преобразования яркости в электрические сигналы можно использовать вещества, обладающие фотоэмиссией или фотопроводимостью. Первые под воздействием света испускают электроны. У вторых же, когда на них падают световые лучи, снижается удельное электрическое сопротивление. К этой группе, в частности, относится селен, из которого делали самые первые фотоэлементы.

К веществам, обладающим фотоэмиссией, относятся прежде всего щелочные металлы, такие как литий, натрий, рубидий и цезий. Последний употребляется чаще других, потому что его чувствительность очень близка к спектральной чувствительности человеческого глаза: она идет от красного к фиолетовому и достигает максимума на участке зеленого, т. е. как раз посередине спектра видимого света.

Вещества, обладающие фотоэмиссией, часто называют фотокатодными веществами. В самом деле, под воздействием световых лучей они эмиттируют электроны, количество которых пропорционально интенсивности света.

Мишень, на которую объектив проецирует передаваемое изображение, должна быть покрыта мозаикой, состоящей из нескольких миллионов фотоэмиттирующих ячеек. Таким образом, каждый элемент изображения покрывает несколько ячеек.

Ты, конечно, спрашиваешь себя, как удается сделать подобную мозаику. Для этого на очень тонкую пластинку слюды напыляют крошечные капельки серебра. Затем поверх их осаждают пары цезия. Этот металл очень тонким слоем покрывает каждую капельку серебра. Так формируются эти микроскопические фотоэмиттирующие ячейки, хорошо изолированные друг от друга (рис. 193). На другую сторону пластинки наносят сплошной слой серебра.

Как ты, несомненно, догадываешься, каждая фотоэмиттирующая ячейка образует с этим слоем серебра своеобразный микрокондснсатор. А теперь посмотрим, как такая фотоэмиттирующая мишень может использоваться в передающей телевизионной трубке.

Рис. 193. Конструкция фотоэмиттирующей мишени.

Иконоскоп — предшественник современных передающих телевизионных трубок

Самая первая электронная передающая телевизионная трубка, известная под названием иконоскопа, была изобретена в 1931 г. русским исследователем Владимиром Зворыкиным. Он был ассистентом Бориса Розинга, который в 1907 г. в своей лаборатории первым использовал электронно-лучевую трубку для приема изображений. Фотоэмиттирующая мишень размещалась в глубине задней

части вакуумной колбы, имеющей довольно своеобразную форму. Через плоскую стенку расположенный вне колбы объектив проецирует передаваемое изображение на фотоэмиттирующую мозаику. Каждая ячейка мозаики в зависимости от интенсивности освещающих ее световых лучей испускает большее или меньшее количество электронов. Вылетающие электроны притягиваются анодом-коллектором, представляющим собой осажденный металлический слой, покрывающий боковые стенки колбы; положительный потенциал этого анода притягивает элементарные отрицательные заряды — электроны (рис. 194).

Рис. 194. Передающая телевизионная трубка — иконоскоп, созданная в 1931 г. Владимиром Зворыкиным

Из сказанного ты легко поймешь, что каждая фотоэмиттирующая ячейка в зависимости от количества отданных ею электронов становится более или менее положительной. Следовательно, она притягивает некоторое количество электронов к обкладке, которой служит проводящий слой, нанесенный на заднюю поверхность слюдяной пластинки.

А теперь посмотрим, в чем заключается действие электронов, посылаемых электронной пушкой. Сфокусированный луч под воздействием развертки совершает движение по строкам и полукадрам. Управляемый электрическими или магнитными полями, он пробегает по изображению, проецируемому на мозаику. Что же тогда происходит? Какое действие оказывает электронный луч на каждую фотоэмиттирующую ячейку, если обегает их все за 0,04 с?

Так вот, эти электроны нейтрализуют положительный заряд, который свет создаст на каждой ячейке в интервале между двумя последовательными прохождениями луча. Потеряв положительный заряд, ячейка перестает притягивать электроны из металлической обкладки, расположенной на обратной стороне слюдяной пластинки. Освобожденные таким образом электроны проходят через резистор R, соединяющий эту обкладку с положительным полюсом источника высокого напряжения. Протекающий по резистору ток порождает изменения потенциала на выводе резистора, соединенном с обкладкой. А эти изменения потенциала пропорциональны положительному заряду ячеек, т. е. интенсивности освещающего их света.

Как ты, вероятно, уже догадался, эти изменения потенциала и представляют собой видеосигнал, характеризующий яркость элементов изображения. Остается лишь усилить его и использовать для модулирования несущих волн телевизионного передатчика.

Супериконоскоп

Иконоскоп, однако, имеет недостатки. Самый серьезный из них связан с эмиссией вторичных электронов. В этом случае, как и в триоде, — я надеюсь, что ты не забыл этого явления, — удар электронов луча, направленного на ячейки мишени, выбивает из них немало вторичных электронов. Часть этих электронов, к счастью, притягивается анодом-коллектором. Но основная часть распределяется по ячейке, где они притягиваются созданным светом положительным зарядом.

Поэтому иконоскоп заменили трубкой несколько иной конструкции, получившей название иконоскопа с переносом изображения, или супериконоскопа. В этой трубке изображение проецируется на первую фотоэмиттирующую мишень. Вторичные электроны с нее направляются на другую мишень, сделанную из мозаики, подобной той, которую я только что описал, рассказывая об иконоскопе. В результате действия вторичных электронов на мозаике создаются положительные заряды.

Я не вижу смысла подробно описывать устройство и принцип работы супериконоскопа, который в наши дни больше уже не применяется. Отмечу лишь, что большая по сравнению с простым иконоскопом чувствительность определяется тем, что мишень, на которую проецируется световое изображение, покрыта сплошным слоем цезия и не имеет мозаичной структуры.