Видикон

4.6. Видикон

Видикон в настоящее время является самой распространенной телевизионной передающей трубкой в силу простоты, надежности и дешевизны при небольших размерах и массе. Видикон использует мишень с внутренним фотоэффектом, которая служит непосредственно фотокатодом.

Видикон состоит из двух основных узлов – фотомишени и электронного прожектора, создающего коммутирующий пучок (рис. 4.13). На внутреннюю стенку стеклянной планшайбы напылена прозрачная ( = 0,9) сигнальная пластина 1 (Au, Pt или SnO), имеющая вывод. Затем нанесен фотослой 2 в виде сложного полупроводника из соединений сурьмы, селена, мышьяка, серы. От состава полупроводника и его толщины зависит чувствительность, спектральная характеристика и инерционность видикона.

Электронная коммутационная система образована электронным прожектором (термокатод 3, управляющий электрод 4 , первый 5 и второй 6 аноды) и выравнивающей сеткой 7. Потенциал этой сетки в (1,52) раза превышает потенциал второго анода, что обеспечивает нормальную (под углом 90 к мишени) ориентацию луча, необходимую для получения одинакового исходного потенциала по всей мишени.

Эквивалентная схема видикона приведена на рис. 4.14. Каждый элементарный участок мишени представлен в виде конденсатора C_эi, шунтированного сопротивлением R_эi. Величина этого сопротивления определяется внутренним фотоэффектом и зависит от локальной освещенности, т.е. на мишени оптическое изображение преобразуется в рельеф удельных сопротивлений, величина которых лежит в диапазоне от 10¹² Омсм (темные участки) до 10¹⁰ Омсм (наиболее светлые).

Когда мишень обходится лучом (при развертке), то все участки правой стороны мишени приобретают потенциал катода, т.е. все элементарные конденсаторы имеют разность потенциалов U_сп. Затем при проецировании изображения меняются R_э, так что С_э разряжается через свой R_э в течение времени между двумя коммутациями с постоянной времени R_эС_э и потенциал правой обкладки увеличивается, приближаясь к потенциалу левой обкладки, т.е. потенциалу сигнальной пластины. На неосвещенных местах потенциал меняется гораздо слабее. Т.е. создается потенциальный рельеф, соответствующий распределению освещенности (и проводимости).

При коммутации потенциальный рельеф вновь выравнивается. Там, где был положительный потенциал, расходуется ток луча на дозаряд элементарного конденсатора до потенциала катода и этот ток луча протекает через цепь сигнальной пластины. В точке А напряжение падает, т.е. большей освещенности соответствует меньший потенциал точки А (негативный сигнал).

Световая характеристика видикона (рис. 4.15) представляет собой семейство кривых, определяемых величиной напряжения на сигнальной пластине U_сп. Хотя световая характеристика видикона нелинейна, но она мало зависит от характера освещенности фотокатода (в отличие от суперортикона), т.е. контраст получается достаточно высоким.

Видикон дает информацию о средней яркости, т.к. во время обратного хода сигнал соответствует уровню черного (если пренебречь темновым током), т.е. отличается от уровня гасящих импульсов.

Разрешающая способность видикона зависит от структуры, размеров и свойств мишени, а также от сечения коммутирующего пучка. Апертурная характеристика одного из видиконов (ЛИ-421) дана на рис. 4.16.

Типичным можно считать размер рабочего участка мишени 12,5  9,5 мм², диаметр луча  15 мкм, ток луча  0,5 мкА.

Видикон хорошо работает в диапазоне освещенности (1-10) лк. Здесь невелика и инерционность.

Инерционность обусловлена фотоэлектрическими процессами в мишени (материал фотополупроводника, примеси, уровень освещенности) и недостаточностью тока пучка, что не позволяет выровнять потенциал мишени за 1 цикл развертки. Инерционность видикона можно уменьшить за счет уменьшения С_э, чтобы не ухудшать разрешения за счет увеличения тока луча.

Промышленность выпускает  30 разновидностей видиконов с диаметром колбы от 13,6 до 40 мм.

Одной из разновидностей видиконов является плюмбикон (глетикон), у которого приняты меры не только по уменьшению С_э, но и по увеличению R_э, чтобы не было ситуации, когда R_э С_э настолько мало, что не полностью используется эффект накопления, т.е. постоянная времени  = R_э С_э меньше времени кадра (цикла коммутации).

Это достигается путем замены фоторезистной мишени мишенью фотодиодного типа, что обеспечивает малую инерционность фотоэффекта, высокое темновое сопротивление и линейную световую характеристику.

Мишень плюмбикона и его эквивалентная схема приведены на рис. 4.17.

Мишень плюмбикона состоит из трех полупроводниковых слоев. К сигнальной пластине 1 примыкает прозрачный полупроводник 2 с n –проводимостью, затем следует слой i, представляющий собой окись свинца PbO в виде кристаллических чешуек размерами 0,10,053,0 мм³, ориентированных большой стороной вдоль световых лучей. Третий слой – полупроводник с р-проводимостью. В такой многослойной мишени резко уменьшается скорость рекомбинации носителей, что эквивалентно уменьшению темнового тока, а увеличенная толщина мишени уменьшает С_э и увеличивает эффективность образования фотоэлектронов проводимости. В момент коммутации переход p–i-n смещается в обратном направлении, что еще больше увеличивает эквивалентное сопротивление утечки R_э.

По своей чувствительности плюмбикон несколько уступает видикону (рабочая освещенность (5-8) лк). Разрешающая способность составляет  600 линий при отношении сигнал/шум около 200. Инерционность плюмбикона соответствует остаточному сигналу  5% спустя один кадр.