Диссектор

Диссектор, изобретенный в 1925 г., является одной из первых передающих телевизионных трубок, нашедших практическое применение. Устройство диссектора показано на рисунке 4.1. В диссекторе можно выделить следующие основные узлы: фотоэлектрический преобразователь, секцию переноса, фокусировки и отклонения и секцию послекоммутационного усиления. Диссектор работает следующим образом. Оптическое изображение, спроецированное с помощью объектива на полупрозрачный фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию, в результате чего в непосредственной близости от фотокатода образуется электронное изображение, в котором плотность электронов пропорциональна освещенности соответствующего участка фотокатода.

Рисунок 4.1 – Устройство диссектора (ФС – фокусирующая система, ОС –отклоняющая система, ВЭУ – вторично-электронный умножитель)

Перенос электронного изображения в плоскость анода осуществляется за счет положительного потенциала (0 В), поданного на анод по отношению к потенциалу фотокатода (-500 В). При переносе необходимо обеспечить фокусировку электронного изображения, которая заключается в том, что электроны, вылетающие из одной точки фотокатода под разными углами и с разными скоростями, вновь собираются в одной точке в плоскости фокусировки. Фокусировка производится с помощью длинной магнитной линзы (ФС), создающей равномерное магнитное поле в секции переноса. Равномерное магнитное поле относится к классу аксиально-симметричных полей, которые оказывают собирающее (фокусирующее) воздействие на расходящиеся электронные пучки. Сказанное относится как к магнитным, так и электростатическим аксиально-симметричным полям. Регулируя постоянный ток, протекающий через катушку ФС, мы изменяем напряженность фокусирующего магнитного поля и при некотором его значении совмещаем плоскость фокусировки с плоскостью анода, где и происходит поэлементное считывание телевизионной информации.

Для считывания в центре анода вырезано апертурное отверстие, размер которого равен размеру элемента изображения. Фототок, прошедший апертурное отверстие, попадает на первый динод ВЭУ и после усиления, протекая в цепи последнего динода – коллектора, образует на резисторе нагрузки R _н напряжение сигнала U _с. Развертка в диссекторе осуществляется путем перемещения электронного изображения относительно неподвижной апертуры по закону телевизионной развертки. Отклоняющие токи строчной и кадровой частоты подводятся к соответствующим катушкам ОС.

Важнейшим элементом диссектора, во многом определяющим его характеристики, является полупрозрачный фотокатод, устройство которого показано на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Устройство полупрозрачного фотокатода (1 – стекло, 2 –металлическая подложка, 3 – светочувствительный слой)

Светочувствительный слой, подчиняющийся законам внешнего фотоэффекта, нанесен на полупрозрачную металлическую подложку, которая необходима для гальванического соединения фотокатода с источником ускоряющего напряжения. Из рисунка видно, что полупрозрачный фотокатод работает на просвет; поэтому необходимо, чтобы металлическая подложка имела минимальную толщину и не поглощала световые кванты.

Основные параметры диссектора следующие:

ε ₀ (мкА/лм) – интегральная чувствительность фотокатода;

S _ф (м ²) – площадь рабочего участка фотокатода;

S ₀ (м ²) – площадь апертурного отверстия;

К _ВЭУ = σ ⁿ – коэффициент усиления ВЭУ;

σ – коэффициент вторичной эмиссии динодов ВЭУ;

n – число динодов ВЭУ;

i _c (А) – ток сигнала на выходе диссектора.

Проведем расчет i _c для случая, когда масштаб электронного изображения при переносе не изменяется. При этом целесообразно принять площадь элемента изображения S _Э равной площади апертурного отверстия S ₀:

S _Э = S ₀. (4.7)

Элементарный фототок i ₀, проходящий через апертурное отверстие на вход ВЭУ, найдем в соответствии с первым законом фотоэффекта (закон Столетова):

i ₀ =F _Э ε ₀, (4.8)

где F _Э – световой поток, падающий на элемент изображения:

F _Э = Е _вх S ₀ . (4.9)

С учетом (4.9) выражение (4.8) запишется следующим образом:

i ₀ = ε ₀ S ₀ Е _вх, (4.10)

где Е _вх (лк) – освещенность на фотокатоде диссектора.

Ток сигнала на выходе диссектора найдем по очевидной формуле:

i _c = i ₀ К _ВЭУ = ε ₀ S ₀ Е _вх σ ⁿ. (4.11)

Основным источником шума в диссекторе являются дробовые шумы фототока, дисперсия которых вычисляется по известной формуле:

, (4.12)

где f _В – верхняя граничная частота видеосигнала в диссекторном канале;

е – заряд электрона.

Тогда отношение сигнал/шум Ψ ₀ на входе ВЭУ можно вычислить по формуле:

. (4.13)

На выходе диссектора отношение сигнал/шум Ψ несколько уменьшается за счет шумов ВЭУ:

. (4.14)

Достоинства диссектора - малая инерционность и линейная световая характеристика; недостатки – малая чувствительность и разрешающая способность, находящиеся во взаимном противоречии. Область применения – телевизионные автоматические системы измерения, контроля и управления.