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Curso de electrónica - parte 20 Introdução ao estudo da TV

Mensagem  joseflor em Qui 4 Dez 2008 - 6:19

Índice do curso aqui
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Introdução á electrónica básica
Parte 20
Introdução ao estudo da TV


Objetivos da TV
Literalmente, a palavra televisão significa: visão à distância. Consequentemente, o objetivo principal da TV é aumentar as possibilidades da vista humana, notadamente no alcance. Em vista disso, as propriedades que se exigem dos sistemas da TV são exatamente as mesmas que a vista necessita para a correta percepção das imagens e objetos. Essas propriedades são: luz e sombra, cor, continuidade de movimento e quantidade de detalhes.
Luz e sombra: Dão-nos a noção de contraste e também de relevo porque se pode perceber a profundidade dos objetos através da relação de luz e sombra de suas partes.
Cor: A noção de cor é intuitiva, todavia, exige, que os sistemas de TV sejam de reprodução fidelíssima.
Continuidade de movimento: Fenômeno que nos é propicio pela persistência da visão. A continuidade de movimento é obtida em TV pela sucessão de imagens fixas, que diferem entre si pelo deslocamento de pequenos pontos.
Quantidade de detalhes: É a propriedade que possibilita caracterizar o objeto visto.
Para que o aluno possa entender melhor o sistema de transmissão e captação de imagens, passaremos a expor com algum detalhe o funcionamento da vista.

Funcionamento da vista
A vista humana é constituída pelo globo ocular, região do olho que transforma as radiações luminosas recebidas do exterior em reações sensitivas que o nervo ótico conduz ao cérebro. O globo ocular é constituído pela córnea, cristalino, íris, retina, cones e bastonetes.
A córnea é a superfície refratora que está voltada à luz.
O cristalino, exatamente como a córnea, também é uma superfície refratora, somente que situada atrás da córnea. Tanto a córnea como o cristalino são verdadeiras lentes. O cristalino funciona como lente de distância focal ajustável, sendo que esse ajuste é feito por pequenos músculos, ligados ao globo ocular.
A íris é um diafragma situado entre a córnea e o cristalino, cuja finalidade é ajustar a quantidade de luz que penetra no globo.
A retina, por sua vez, é a placa sensível do globo. É construída por células sensíveis à luz, de onde saem os nervos que levam as informações luminosas ao cérebro. Essas células são de dois tipos diferentes e, de acordo mesmo com sua forma, são denominadas de CONES e BASTONETES. O número de cones e bastonetes existentes no olho é elevado, atingindo cerca de 18.000.000. Estas células têm suas extremidades sensíveis voltadas para a luz, que, antes de atingi-las, atravessa uma parede de fibras nervosas. As imagens, ao atravessar essa parede, perdem a nitidez, tornando-se nebulosas. Todavia, existe um ponto onde a camada se reduz a 1/6 de sua espessura, ponto esse chamado de mácula lútea. Na mácula lútea, têm-se apenas cones e, no cristalino, somente bastonetes. Há ainda um outro ponto importante do globo, onde não existem células sensitivas, que recebe o nome de “ponto cego” deste ponto que parte o nervo ótico para o cérebro.

Funções do olho
A função do olho é levar ao cérebro uma série de informações do objeto focalizado. Essas informações, por ordem de importâncias, são:
1ª iluminação relativa das diversas partes do objeto, que, em outras palavras, é o contraste;
2ª estrutura geométrica do objeto;
3ª conteúdo cromático (cores);
4ª conteúdo cinemático (movimento);
5ª conteúdo estereoscópico (que permite a impressão de profundidade do objeto em foco).
Aos cones e bastonetes cabem as seguintes funções:
1ª distinguir as variações de luminosidade.
2ª distinguir formas e contornos.
3ª distinguir a profundidade dos objetos.
4ª perceber as dimensões do objeto.
5ª distinguir as cores, sendo que esta função é efetuada somente pelos cones.
6ª a persistência da imagem do objeto na retina.

Persistência da visão
Deixamos para falar à parte dessa função, por constituir a mais importante no tocante à televisão, quer se trate de transmissão ou recepção. A persistência retiniana consiste na propriedade que tem a retina de manter por algum tempo (cerca de um décimo de segundo) a imagem de qualquer objeto. Uma comprovação da persistência da retina pode ser efetuada pelo aluno mesmo, na seguinte experiência:
Tome um pedaço de cartão de dimensões convenientes, como mostra a figura 1, e desenhe de um lado, um circulo e, de outro um triângulo. Em seguida, faça-o girar em volta de um eixo e verificará que, a partir de uma determinada velocidade angular, se tem a impressão de que o triangulo está dentro do circulo. Isso acontece mesmo depois que o cartão é virado. Esta propriedade da vista é explorada desde há muito, no cinema. Em televisão, todos os elementos de uma cena devem ser transmitidos em tempo inferior (no máximo, igual) ao da persistência da visão, para que o olho tenha a impressão da figura inteira. No sistema atual de televisão, a imagem é transmitida em 1/30 ou em 1/60 de segundo.


Figura 1


Transmissão eléctrica de uma imagem
Em rádio, a transmissão de um som é conseguida, transformando o impulso sonoro em impulso elétrico, através do microfone, e esse impulso sofre uma série de modificações, sendo posteriormente entregue à antena. No receptor se dá a transformação inversa.
Em uma transmissão de TV, além do som, que é transmitido de modo análogo ao da radiodifusão tem-se que transmitir também a imagem. A imagem consta de áreas de luz e sombra, denominadas de elementos da imagem. Para a transmissão de uma imagem completa, ela é decomposta em um número elevado de elementos, que ficam semelhantes a pontos luminosos. O detalhe de uma imagem transmitida depende do tamanho dessa imagem, da quantidade de pontos, ou seja, de elementos, em que ela foi dividida e da distância da qual a imagem é vista. Por exemplo, se observar uma fotografia de longe, apresenta detalhes bem definidos, ao passo que, aproximando-a da vista, se percebe claramente que ela é formada por uma sucessão de pontos. Naturalmente, para duas fotografias que tenham o mesmo número de pontos, a menor terá maior detalhes. É por esse motivo que a imagem em tela grande parece melhor, quando vista à distância, e que os televisores de 17 polegadas ou menor dão a impressão de serem mais nítidos. Praticamente, constatou-se que, para detalhes satisfatórios, uma imagem deve ter, no mínimo, 200.000 elementos. Uma imagem completa recebe o nome de quadro. O quadro não é transmitido todo de uma só vez, porque, como veremos mais adiante, se assim fosse, haveria necessidade de milhares de canais isolados, ou seja, um canal para cada elemento de imagem. Como não se pode transmitir o quadro de uma só vez, o que se faz é a transmissão dos elementos de imagem (pontos) sucessivamente. Assim, a imagem é composta em linhas e o feixe electrónico faz a leitura dessas linhas do mesmo modo como que você faz a leitura desta lição, isto é, o pincel electrónico percorre a primeira linha da esquerda para a direita, apaga-se, volta novamente para a margem esquerda da página (cena explorada), recomeça na segunda linha, e assim por diante. A esse processo de leitura da cena dá-se o nome de exploração. Na figura 2, mostramos um quadro e sua exploração, através de seis linhas, detalhando a sucessão das linhas.


Figura 2


No nosso sistema de transmissão, um quadro ou imagem completa é composto de 525 linhas. Naturalmente quanto maior o número de linhas, menor serão as dimensões do elemento de imagem explorado e, consequentemente, mais fiel será a imagem. Entretanto, um aumento no número de linhas implica num aumento em proporção muito maior na frequência de transmissão das linhas. (videofrequências).
Uma vez introduzidos os elementos de imagem, quadro, exploração, etc., vamos entrar no assunto propriamente deste capítulo, que é o da transformação da imagem ótica em impulsos elétricos. Essa transformação é efetuada pela câmara de televisão ou iconoscópio. O iconoscópio desempenha, na transmissão de TV, o mesmo papel que o microfone, na de radiotransmissão, ou seja, enquanto a função do microfone é a de transformar os impulsos sonoros (som) em impulsos elétricos (ondas de audiofrequência), a função do iconoscópio é transformar os impulsos luminosos (luz) em impulsos elétricos (ondas videofrequência).


Figura 3


Iconoscópio
Na figura 3, mostramos as partes essenciais de um iconoscópio. O elemento fundamental dessa câmara de TV é o mosaico. O mosaico é constituído, de uma maneira sucinta, por uma película de mica bastante delgada (cerca de um milésimo de polegada), onde incidem os raios luminosos provenientes da cena televisada. Sobre a película de mica é pulverizado óxido de prata, em camada uniforme, sendo levada ao forno, onde, pelo efeito da temperatura, o óxido se reduz, ficando apenas glóbulos isolados de prata metálica.
Há em um mosaico milhões desses glóbulos. Para que eles se tornem sensíveis à luz, são posteriormente revestidos por uma camada de oxido de césio. Com isso, cada elemento fica com a propriedade de emitir elétrons, proporcionalmente à quantidade de luz recebida. A outra face da película de mica é recoberta por uma camada de platina finamente dividida, e se constituirá na placa (ânodo) da câmara. Assim, cada partícula do mosaico se assemelha a um pequeno capacitor, onde, de um lado, se tem a prata recoberta de césio; de outro, platina; e no centro, o dielétrico de mica. O mosaico é, portanto, uma sucessão enorme desses capacitores.
Quando uma cena é televisada, os raios luminosos, que partem do objeto, são concentrados pela lente da câmara e, em seguida, vão incidir sobre o mosaico. Cada partícula do mosaico emite uma quantidade de elétrons , proporcional à quantidade de luz que recebeu. Ora, perdendo elétrons , essa se torna positiva e, como cada partícula do mosaico é um capacitor, a face de trás fica carregada negativamente. Dessa maneira, com cada partícula do mosaico, ou seja, cada capacitor adquire cargas, proporcionalmente à luminosidade do objeto. Uma vez carregados os capacitores do mosaico, um feixe electrónico varre a imagem, da esquerda para a direita e de alto para baixo. À medida que o feixe vai passando pela lâmina, os capacitores vão sendo descarregados. Essa descarga corresponde a uma tensão elétrica, que é amplificada em um circuito externo, como mostra da figura. Você percebe que figuramos também um anel, entre a lente e o mosaico. Esse anel coletor, também chamado de ânodo coletor, tem por função recolher os elétrons que são libertados pela incidência de luz sobre o mosaico, e, por essa razão, é polarizado positivamente.

Frequência de transmissão da imagem (videofrequência)
Como foi dito acima, à luminosidade de cada elemento corresponde uma tensão na saída do iconoscópio. Essa tensão recebe o nome de tensão de vídeo e a sua frequência o nome frequência de vídeo ou videofrequência.


Figura 4


Figura 5


Figura 6


Figura 7


Uma imagem completa pode conter as mais variadas frequências de vídeo. Adiantamos mesmo que essas frequências de vídeo, que dependem da tonalidade do objeto, variam desde 0 Hz até 3 ou 4 MHz.
Para que se tenha uma idéia do tipo de frequência de vídeo, vamos supor que se quisesse explorar uma linha que somente tivesse elementos de mesma intensidade, luminosidade, como mostra a figura 4. é evidente que o sinal de vídeo seria, nesse caso, uma tensão continua, ou seja, de frequência nula.
Suponhamos agora que a linha a ser explorada fosse constituída de retângulos de mesma intensidade (figura 5). Neste caso, a frequência de vídeo é uma onda retangular (teoricamente), pois o sinal, começando pelo preto, tem o mínimo de intensidade. Esse mínimo se conserva até terminar o retângulo, ocasionalmente em que passa ao máximo bruscamente, porque o feixe passa a explorar o branco. Suponhamos agora que a linha explorada fosse a mostrada na figura 6. o sinal de vídeo, por razoes obvias, seria praticamente uma senóide. Assim como se dá com as tensões audiofrequência, as de vídeo também necessitam de uma onda portadora, para que possam chegar aos aparelhos reprodutores. Vamos determinar qual seria a frequência de vídeo necessária para transmitir um quadro de 525 linhas. Seja X a altura e Y a largura do quadro, como mostramos na figura 7. Como há N linhas (no caso, N vale 525), a altura H de cada linha será de: H = X / N (1)
Admitindo que os elementos de imagem sejam quadrados, em cada linha devemos ter: Y / H elementos (2)
Substituindo H, na expressão (2), pelo valor calculado em (1), temos: Y / X / N ou Y x N / X ou Y x N / X.
Esta expressão nos dá o número de elementos de imagem por linha. Ora, como o quadro tem N linhas, o número total de elementos será: Y x N / X ou seja, Y x N2 / X
Sendo f o número de vezes que o quadro completo é transmitido em um segundo, resulta que o número de elementos por segundo será de: Y x N2 x f / X
Como, em cada período, um elemento é transmitido duas vezes (como teremos oportunidade de verificar, mais adiante), segue-se que a frequência necessária é a metade da calculada, donde resulta a expressão final: freq. víd. = Y x N2 x f / 2X
Como exemplo, vamos determinar a frequência de vídeo para uma transmissão de 525 linhas. É normal que as dimensões do quadro estejam na relação de 4/3, ou seja, a relação entre largura Y e a altura X é de 4/3. por outro lado, a frequência f de quadros por segundo costuma ser de 30. portanto, substituindo esses valores na formula dada, resulta: freq. víd. = 4 x 5252 x 30 / 2 x 3 = 5.512.500 Hz.
Como percebeu, essa frequência, que corresponde à frequência máxima de vídeo, ocupa uma faixa de quase 6 MHz. Por aí você nota que não seria possível a transmissão na faixa de ondas médias, porque a largura dessa faixa é de 1.500 – 500 = 1.000 KHz e, na faixa de ondas curtas, cuja largura é de 16 – 6 = 10 MHz, caberia somente um canal de televisão.
Em vista do exposto, as transmissões de TV são feitas no domínio das ondas métricas.

Link relacionado: Curso de electrónica - História da televisão

José António Flor de Sousa
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