Передающий электронно-лучевой прибор
Передаю́щий электро́нно-лучево́й прибо́р (передающая телевизионная трубка), электронно-лучевой прибор, служащий для преобразования оптического или (реже) рентгеновского изображения в телевизионный видеосигнал. Является входным элементом ТВ-тракта, воспринимающим передаваемое оптическое изображение.
Действие передающего электронно-лучевого прибора основано на фотоэффекте и заключается в образовании электронного изображения (как правило, в виде потенциального рельефа на мишени прибора), соответствующего передаваемому изображению, и последующей коммутации (считывании) элементов этого изображения. В случае внешнего фотоэффекта преобразующим светочувствительным элементом (СЭ) служит фотокатод, который при освещении испускает электроны. В случае внутреннего фотоэффекта – фоточувствительная мишень, изменяющая при освещении свою электропроводность. Коммутация элементов изображения в передающем электронно-лучевом приборе обычно осуществляется электронным лучом, последовательно обегающим все участки поверхности мишени. При этом изображение раскладывается на несколько сотен строк, образующих телевизионный растр.
По способу формирования видеосигнала различают передающий электронно-лучевой прибор прямого (мгновенного) действия и передающий электронно-лучевой прибор с накоплением заряда. В приборах первого типа электрический сигнал, соответствующий элементарному участку передаваемого изображения, пропорционален мгновенному значению (в момент передачи) локальной освещённости участка СЭ. В приборах второго типа – интегральному значению освещённости участка СЭ за время передачи изображения одного кадра.
Идея создания передающего электронно-лучевого прибора (с мозаичным фотокатодом и считыванием электронным лучом) выдвинута английским электротехником А. Кэмпбелл-Суинтоном в 1911 г. В дальнейшем она получила развитие в различных странах. В 1-й половине 1920-х гг. предложены передающие электронно-лучевые приборы со сплошным фотокатодом (Е. Г. Шульц, Франция; Б. А. Рчеулов и Б. П. Грабовский, СССР; В. К. Зворыкин, США и др.). Однако демонстрация в действии передающих электронно-лучевых приборов различных конструкций, созданных Б. П. Грабовским (1928), Ф. Фарнсуортом (США, 1929) и М. фон Арденне (Германия, 1930), не привела к их широкому использованию в телевизионном вещании из-за низкой чувствительности.
Важным этапом в развитии передающих электронно-лучевых приборов явилась реализация принципа накопления зарядов, основанного на использовании фотоэлектронной эмиссии в интервалах между последовательными коммутациями каждого элемента потенциального рельефа. Принципы действия передающих электронно-лучевых приборов с накоплением заряда на ёмкостях, образованных элементарными участками мозаичного фотокатода, сформулированы в 1930–1931 гг. отечественными учёными А. П. Константиновым и С. И. Катаевым, а также независимо от них В. К. Зворыкиным, изготовившим первые действующие образцы передающего электронно-лучевого прибора, получившего название иконоскоп. С разработкой иконоскопа связано создание первых электронных систем вещательного телевидения. В 1933 г. П. В. Тимофеевым и П. В. Шмаковым изобретён передающий электронно-лучевой прибор с переносом электронного изображения со сплошного фотокатода на однородную диэлектрическую накопительную мишень. Этот прибор, наиболее известный как супериконоскоп, получил распространение благодаря высокой чувствительности (на порядок выше, чем в иконоскопе) и высокому качеству передаваемого изображения. В дальнейшем развитии передающих электронно-лучевых приборов важную роль сыграли предложенный российским физиком Л. А. Кубецким (1934) способ вторично-электронного усиления модулированного светом потока электронов и разработанная отечественным учёным Г. В. Брауде (1938) двусторонняя накопительная мишень (состоящая из тонкой высокоомной плёнки и мелкоструктурной сетки перед ней). В 1939 г. американскими инженерами А. Розом и Х. Ямсом разработана модификация передающего электронно-лучевого прибора с двусторонней мишенью и перпендикулярным (ортогональным) падением развёртывающего электронного луча на мишень – т. н. ортикон, обладающий линейной характеристикой «свет – сигнал» во всём рабочем диапазоне освещённостей.
По совокупности характерных признаков передающие электронно-лучевые приборы разделены на несколько основных классов. Из передающих электронно-лучевых приборов с внешним фотоэффектом широкое применение в системах вещательного, космического, промышленного и научного телевидения получили суперортиконы, обладающие наибольшей чувствительностью к свету и способные работать в условиях низкой освещённости на фотокатоде (от 10–1 до 10–4 лкс). Из приборов с внутренним фотоэффектом – видиконы, для которых характерны высокие разрешающая способность и спектральная чувствительность, малая инерционность, линейная характеристика «свет – сигнал».
До середины 1990-х гг. передающий электронно-лучевой прибор – основной узел телевизионных передающих камер. Впоследствии практически вытеснен его твердотельными аналогами – фоточувствительными интегральными схемами на приборах с зарядовой связью (т. н. матрицы на ПЗС). В начале 21 в. передающие электронно-лучевые приборы находят применение главным образом в специальной аппаратуре (например, для сверхскоростной съёмки).