Л. — Знаешь ли ты, что называется фотоэлементом?
Н. — Конечно. Для моего фотоаппарата мне предложили фотоэкспонометр с фотоэлементом. Это приспособление, дающее возможность измерять интенсивность освещения предметов, которые нужно сфотографировать. Свет падает на фотоэлемент, который превращает свет в электрический ток, измеряемый при помощи очень чувствительного гальванометра.
Л. — Фотоэлемент является, следовательно, преобразователем световой энергии в электрическую. Ток, который через него проходит, пропорционален падающему на него потоку света. Фотоэлементы, используемые в телевидении, фотоэмиссионного типа (рис. 10). Вначале фотоэлемент такого типа представлял собой стеклянную колбу, из которой выкачан воздух. Одна из внутренних стенок колбы была покрыта тонким слоем фотоэмиссионного материала.
Рис. 10. Батарея Б задает на аноде фотоэлемента положительный относительно катода потенциал. Фотоэлектронный ток через резистор R определяет напряжение U, которое подается на усилитель.
1 — световой поток; 2 — анод; 3 — светочувствительный слой (катод).
Н. — Так называют материал, излучающий свет?
Л. — Этимология слова вводит тебя в заблуждение. Речь идет о веществах, которые при попадании на них светового потока излучают электроны.
Н. — А какие же это вещества?
Л. — Все так называемые «щелочные» металлы, т. е. цезий, натрий, кадий, рубидий и литий, так же как и реже используемые щелочноземельные.
Н. — У меня есть идея! Раз существуют материалы, излучающие электроны под действием света, можно было бы заменить ими катоды радиоламп. Таким образом, отпала бы необходимость в токе накала. Днем можно было бы выставлять приемник под лучи солнца, а вечером его помещали бы около осветительной лампы.
Л. — Твоя идея не абсурдна. Но количество излучаемых при этом электронов может обеспечить только очень слабый ток. Чтобы получить ток в фотоэлементе, еще кое-чего не хватает. Фотоэмиссионная поверхность составляет катод…
Н. — Понял! Не хватает анода. Очевидно, нужно поместить в колбу анод с положительным по отношению к катоду потенциалом, чтобы притягивать электроны, которые он излучает.
Л. — Да, но сплошной анод задерживал бы световые лучи. Поэтому его заменяют кольцом или редкой сеткой.
ИЗОБРАЖЕНИЕ РАЗВЕРНУТО
Н. — Мне думается, что я могу рассказать теперь, как я представляю себе телевизионный передатчик. Я беру свой фотоаппарат, но на место матового стекла помещаю ту часть диска Нипкова, которой производится разложение изображения (рис. 11). Ведь именно здесь объектив моего аппарата образует изображение, которое нужно передать. А сзади диска я помещу фотоэлемент. Так это?
Рис. 11. Передатчик с диском Нипкова.
1 — объектив; 2 — проекция изображения; 3 — фотоэлемент; 4 — усилитель; 5 — передатчик.
Л. — Абсолютно верно! Ты на пути к повторному изобретению телевидения. В каждый момент времени фотоэлемент в твоем устройстве будет получать свет от развертываемого элемента изображения и будет преобразовывать его в ток, пропорциональный интенсивности света. Следовательно, на выходе фотоэлемента возникает сигнал видеочастоты, который нужно будет соответственно усилить, перед тем как промодулировать несущую высокую частоту, используемую для передачи видеосигнала на расстояние.
ИЗОБРАЖЕНИЕ ВОСПРОИЗВЕДЕНО
Н. — А приемник?
Л. — Как ты понимаешь, в нем будет диск Нипкова, подобный диску передатчика, приводимый в совершенно идентичное вращательное движение (рис. 12).
Рис. 12. Приемник с диском Нипкова и неоновой лампой.
1 — приемник; 2 — неоновая лампа; 3 — изображение.
Н. — Это то, что называют «синхронизмом», не так ли?
Л. — Я с удовольствием отмечай, насколько богаче стал твой технический словарь.
Н. — Но какое устройство будет служить преобразователем изменений тока в изменения яркости?
Л. — Попросту неоновая лампа, состоящая из колбы, содержащей неон под небольшим давлением.
Н. — Я прекрасно знаю эти неоновые лампы, которые применяют в световых рекламах. Я даже разбил одну в кафе напротив нашего дома, потому что она излучала больше помех, чем света.
Л. — Я и не подозревал, что у тебя такие агрессивные наклонности. Но неоновые лампы, которые использовались в телевидении, содержали один электрод в виде пластинки такой же поверхности, как и воспроизводимое изображение, и другой электрод, который в виде рамки охватывал первый электрод. Когда между этими двумя электродами приложено некоторое постоянное напряжение, вся поверхность пластинки светится. Если, кроме того, в цепь попадает переменное напряжение видеосигнала, то яркость изменяется в соответствии с мгновенными значениями сигнала.
Н. — Да, но как сделать, чтобы каждая точка этой пластинки имела яркость, соответствующую яркости той же точки передаваемого изображения?
Л. — А этого и не нужно. Ведь неоновая лампа помещена за диском Нипкова и ты ее видишь через отверстия диска.
Н. — Теперь я понял! В каждое мгновение мы увидим только один элемент светящейся поверхности лампы, и в это мгновение лампа правильно воспроизводит яркость соответствующей точки развертываемого изображения. Например, в момент, когда передают первый элемент первой строки, вся неоновая лампа имеет такую же яркость. Но через отверстие диска мы видим только место изображения, соответствующее этому элементу. Когда отверстие переходит к следующему элементу, неоновая лампа воспроизводит яркость этого второго элемента и т. д. Следовательно, все элементы видны на своих местах с соответствующей яркостью, что дает восстановленное изображение.
Л. — Ты прекрасно понял принцип этой системы телевидения, выдвинутой еще в конце XIX в
МЕХАНИКА УМЕРЛА, ДА ЗДРАВСТВУЕТ ЭЛЕКТРОНИКА!
Н. — Эта система мне кажется очень простой и практичной. Надеюсь, что она продолжает существовать.
Л. — Она давным-давно заброшена, так как пригодна для разложения изображений с ограниченным количеством строк, не превышающим 180.
Н. — А разве не могли делать достаточно большие диски, чтобы разместить на них большое количество отверстий?
Л. — Нет, потому что при скорости, с которой они вращаются, центробежные силы могли бы их разорвать
Н. — Можно было бы уменьшить диаметр отверстий.
Л. — Не ниже некоторой величины. Световые лучи, проходящие через слишком малые отверстия, подвергаются неприятному явлению дифракции.
Н. — Положительно мои идеи сегодня не очень то удачны.
Л. — Если бы они и были удачны, ты все равно не мог бы спасти механические системы. Они страдают другими серьезными недостатками. Так, например, в процессе передачи фотоэлемент получает свет от каждого элемента изображения только в течение очень короткого интервала времени. Чтобы получить ощутимый электрический ток, требуется очень интенсивное освещение объекта. При приеме имеет место такое же расточительство, так как каждое мгновение мы видим только один элемент всей освещенной поверхности неоновой лампы, свет которой, следовательно, очень мало используется. И, наконец, разве мы не живем в век электроники?
Н. — Зачем же ты мне тогда подробно объяснял действие системы, которая должна встретиться в музее с самолетом братьев Райт и когерером Бранли.
Л. — Потому что, шевеля мозгами, чтобы ее понять, ты лучше подготовишься к усвоению более сложных явлений в электронных системах.
Н. — Я чувствую, что это будет дьявольски сложно.
Беседа третья
ЭЛЕКТРОНЫ В ВАКУУМЕ
Выявив недостатки механических систем телевидения, приятели переходят к изучению электронных методов. Для этого они начинают изучать основное устройство всякого, телевизионного прибора — электронно-лучевую трубку, применяемую как в передающих телевизионных камерах, так и в телевизионных приемниках. Это показывает, насколько она заслуживает подробного изучения. Предметом изучения наших приятелей будут, следовательно, следующие вопросы: электроника; устройство электронной пушки; атмосферное давление на электронно-лучевую трубку; возможность ее разрыва; люминесцентный экран; электронная оптика; электростатическая фокусировка; электростатическая линза; электронное пятно; скорость электронов; их возврат в источник; алюминированные экраны; электростатическое отклонение; горизонтально и вертикально отклоняющие пластины; формирование изображения.
