4.4 Зовнішній фотоефект

Фотоефект (відкрив Столєтов у кінці ХІХ ст.) - світлове випромі­нювання, яке падає на металічний катод, викликає виділення (емітування) електронів або фотоелектронів (рисунок 3.4).

Зі збільшенням довжини хвилі λ випромінювання фотоемісія зме­ншується (λ _чер - червона межа).

Рисунок 4.4. - Явище фотоефекту у вакуумному приладі

Цей ефект пояснив Ейнштейн, припустивши, що світло передається не неперервною ЕМХ (електромагнітною хвилею), а має корпускулярну структуру, тобто складається з фотонів:

де E = hv - енергія фотона;

h = 6,63 · 10^-34 Дж · с - постійна Планка;

v - частота;

А _вих - робота виходу фотоелектронів з металу.

Зі збільшенням λ(v↓) енергія є недостатньою для виконання ви­ходу електронів із металу. При виготовленні катодів А _вих намагаються зменшити.

.

4.5 Принцип роботи іконоскопа

Як видно з рисунка 4.6, іконоскоп має скляну колбу з горловиною, у якій знаходиться електронний прожектор. Основним елементом іконо­скопа є фотомозаїка, що являє собою слюдяну пластинку, на лицьову поверхню якої напилені дрібні крапельки (зерна) срібла, ізольовані одна від одної. Тильна сторона слюдяної пластини покрита суцільним шаром срібла. Цей шар називається сигнальною пластиною.

Перед фотомозаїкою встановлене металеве кільце, що відіграє роль колектора фотоелектронів і вторинних електронів. Стосовно коле­ктора кожне зерно фотомозаїки являє собою мікроскопічний фотокатод, а стосовно сигнальної пластини - обкладку мікроскопічного конденса­тора.

На горловину надіваються відхиляючі котушки (рядкові і кадрові). Опір навантаження вмикається в ланцюг сигнальної пластини. Оптичне зображення переданого об'єкта проектується на поверхню фотомозаїки через стінку колби. На горловину надіваються відхиляючі котушки (ря­дкові і кадрові). Опір навантаження вмикається в ланцюг сигнальної пластини. Оптичне зображення переданого об'єкта проектується на по­верхню фотомозаїки через стінку колби.

Рисунок 4.5. - Будова іконоскопа

Розглянемо роздільно такі три процеси:

- комутація електронним променем неосвітленої фотомозаїки;

- утворення потенційного рельєфу на фотомозаїці;

- зчитування потенційного рельєфу, записаного на поверхні фотомозаї­ки, й утворення сигналу зображення.

В дійсності всі ці три процеси проходять одночасно. При відсутно­сті освітлення електронний промінь оббігає поверхню фотомозаїки і, потрапляючи по черзі на всі зерна, вибиває з них вторинні електрони, що спрямовуються до колектора. При цьому зерна фотомозаїки, скому- товані електронним променем, набувають позитивного потенціалу, і між мозаїкою і колектором виникає гальмуюче електричне поле, що перешкоджає подальшому перельоту вторинних електронів із мозаїки на колектор.

Вторинні електрони, що вибиваються електронним променем із фо­томозаїки, можна розділити на три групи (рисунок 3.7 а):

I група - найбільш швидкі електрони, здатні перебороти гальмуюче поле і досягти колектора;

II група - найповільніші електрони, не здатні перебороти гальмую­че поле колектора, що призводить до їх падіння назад, на ті зерна, з яких вони вилетіли;

III група - електрони, не здатні перебороти гальмуюче поле колек­тора, але падаючі на сусідні зерна мозаїки; вторинні електрони III гру­пи, осідаючи на сусідніх зернах, створюють як би «електронний дощ», що безупинно «мрячить» над поверхнею мозаїки і знижує потенціал її зерен.

Рисунок 4.7 - Фізичні процеси в іконоскопі: а) мозаїка неосвітлена; б) графік зміни потенціалу зерна неосвітленої мозаїки; в) мозаїка частково освітлена; г) графік зміни потенціалу зерен з різною освітленістю (А - яскраво освітлене зерно, Б - неосвітлене зерно, В – зерно середньої освітленості)

В момент комутації зерно стрибком здобуває потенціал, що дорів­нює +3 В, а потім під дією електронного дощу цей потенціал знижуєть­ся до значення -1,5 В (рисунок 3.7 б).

Коли на поверхню фотомозаїки спроектовано оптичне зображення, освітлені зерна мозаїки починають випускати фотоелектрони (рисунок 3.7 в). При цьому чим яскравіша ділянка спроектованого зображення, тим більше фотоелектронів вилітає з відповідних зерен. Фотоемісія освітленої мозаїки перешкоджає зниженню потенціалу освітлених зе­рен, потенціал найбільше яскраво освітлених зерен знижується тільки до +1 В, а потенціал зерен, що мають проміжну освітленість, - до зна­чення в межах від +1 до -1,5 В.

При кожній наступній комутації фотомозаїки (через період кадру) потенціал кожного зерна знову стрибком піднімається до значення +3 В (рисунок 3.7 г). У результаті на поверхні фотомозаїки виникає так зва­ний потенційний рельєф - найбільш світлим ділянкам оптичного зо­браження відповідають більш високі значення потенціалів (близько +1 В, а найбільш темним - найнижчі - близько -1,5 В). Одночасно з цим відбувається заряд елементарних мікроскопічних конденсаторів, утво­рених зернами і сигнальною пластиною.

Для того щоб перетворити потенційний рельєф на фотомозаїці в си­гнал зображення, необхідно по черзі «опитати» усі зерна або, як прийн­ято в телебаченні, «зчитати» потенційний рельєф.

Процес зчитування здійснюється в моменти комутації електронним променем зерен мозаїки. У моменти комутації зерен відбувається стирання потенційного рельєфу (неосвітлене зерно має потенціал 3 В), то­му що потенціал усіх зерен, що комутуються, по черзі доводиться до рі­вноважного потенціалу +3 В. Але при цьому одночасно відбувається процес дозаряду (або перезаряду) елементарних конденсаторів. Струми дозаряду (перезаряду) проходять через опір навантаження і створюють на ньому сигнал зображення. При комутації слабко освітленого зерна струми перезаряду будуть більшими, ніж при комутації яскраво освіт­лених зерен, і, отже, полярність сигналу на навантаженні іконоскопа буде негативною.

Перевагами іконоскопа є висока чіткість переданих зображень, ма­ле значення власних шумів, добра передача градацій яскравості, висока стабільність сигналу, великий термін служби.

Недоліки: низька чутливість, трапецеїдальні перекручування раст­ра, явище «чорної плями», великі габарити, незручна форма балона.