Видикон

Одной из наиболее известных передающих телевизионных трубок с накоплением зарядов является видикон, в котором в качестве ФЭП используется полупроводниковая светочувствительная накопительная мишень. Устройство мишени не отличается от устройства полупрозрачного фотокатода (рисунок 4.2), только вместо фотоэмиссионного слоя на полупрозрачную металлическую подложку нанесен слой полупроводникового фоточувствительного материала. Кольцевой вывод подложки называют сигнальной пластиной СП и используют для съема видеосигнала.

Внутренний фотоэффект, используемый в видиконе, заключается в том, что под действием световых квантов с достаточной энергией в толще высокоомного полупроводника возникают электронно-дырочные пары, уменьшающие объемное сопротивление материала мишени. С другой стороны, высокое поверхностное сопротивление мишени не дает «растекаться» по мишени электрическим зарядам, что позволяет рассматривать элемент мишени как параллельную R _Э С _Э цепочку, в которой величина R _Э зависит от освещенности Е _вх данного элемента (с увеличением Е _вх уменьшается R _Э).

Устройство видикона показано на рисунке 4.4. Развертка изображения осуществляется сфокусированным электронным лучом. Для фокусировки используется комбинированная система, содержащая длинную магнитную (входит в состав ФОС) и электростатическую (А1, А2, СМ) линзы. Катушки строчного и кадрового отклонения также входят в состав ФОС.

При совместном воздействии на мишень светового изображения и сканирующего электронного луча на поверхности мишени, обращенной к катоду, в динамическом режиме образуется потенциальный рельеф, при считывании которого электронным лучом в цепи сигнальной пластины протекает ток сигнала i _c, содержащий информацию о распределении яркости во входном оптическом изображении. Процесс образования потенциального рельефа и видеосигнала (в режиме «медленных» электронов) поясняется на рисунке 4.5.

Рисунок 4.4 – Устройство видикона (СП – сигнальная пластина, СМ – сетка мишени, А – анод, М – модулятор, К – катод, ФОС – фокусирующе-отклоняющая система)

В момент коммутации элемента мишени электронным лучом правая обкладка конденсатора С _Э приводится к потенциалу катода, т.е. конденсатор С _Э заряжается до напряжения U _сп, после чего остаток электронного луча отражается от мишени. После коммутации элемента мишени для него начинается цикл накопления, который длится до момента следующей коммутации, т.е. время кадра Т _к.

Рисунок 4.5 – Схема формирования сигнала в видиконе

Так как R _Э зависит от освещенности элемента, то разные элементы разрядятся к концу накопления до разных остаточных напряжений; в результате на мишени проявляется потенциальный рельеф, при считывании которого происходит модуляция отраженного луча, т.к. для приведения к равновесному потенциалу U _сп конденсаторов С _Э, разряженных до разных уровней, необходимо затратить разное количество электронов, источником которых является прямой электронный луч. Из рисунка 4.5 очевидно следующее выражение:

i _c = i ₁ – i ₂, (4.21)

где i ₁ и i ₂ – соответственно токи прямого и обратного лучей видикона (причем i ₁ = const). Из выражения (4.21) следует, что модуляция потенциальным рельефом (а следовательно, и яркостью входного изображения) отраженного пучка переносится (с обратным знаком) и на ток сигнала i _c видикона.

На рисунке 4.6 приведены для сравнения световые характеристики диссектора (внешний фотоэффект) и видикона (внутренний фотоэффект).

Рисунок 4.6 – Световые характеристики диссектора и видикона

(в относительных единицах)

Для видикона характерна нелинейность световой характеристики, аппроксимируемая выражением

, (4.22)

где γ – коэффициент нелинейности, значение которого для разных модификаций трубок лежит в интервале от 0, 5 до 1. Причиной нелинейности является процесс рекомбинации электронно-дырочных пар в толще фотопроводящей мишени, интенсивность которого нарастает с ростом освещенности мишени.

Достоинства трубки - достаточно высокая чувствительность (i _c =0, 05÷ 0, 3 мкА при Е _вх =0, 2÷ 10 лк), малые габариты, простота и надежность в работе; недостатки – инерционность, нелинейность световой характеристики.

Указанные недостатки преодолены в разновидности видикона – плюмбиконе, в котором использована фотодиодная мишень из окиси свинца. Область применения плюмбикона – высококачественные студийные камеры цветного телевидения.