Apostilla_tv_analógica (1).docx

CAPÍTULO I APLICAÇÕES DA TELEVISÃO

A palavra televisão significa ‘ver a distância’. As variações do sinal elétrico que correspondem às alterações de luminosidade da cena formam o sinal de vídeo. No receptor o sinal elétrico é utilizado para reconstruir a imagem na tela do tubo de imagem. Na televisão monocromática, a imagem é reproduzida em preto e branco, e graduações de cinza. Na televisão à cores, todas as cores são mostradas, a partir da combinação de vermelho, verde e azul. 1.1-

Sinais de Rádio, Televisão, Áudio e Vídeo.

No sistema de áudio, o microfone converte as ondas sonoras em sinal de áudio. O alto-falante recebe este sinal de áudio em seus terminais, por conexão direta ou como parte de um sistema de transmissão sem fio. O alto-falante então produz os sons originais como ouviríamos ao microfone. O tubo da câmera converte a luz incidente em variações elétricas do sinal de vídeo. O tubo da câmera está para o vídeo assim como o microfone está para o áudio. A luminosidade da cena é convertida em sinal elétrico, uma pequena área de cada vez. Um sistema de varredura é necessário para cobrir totalmente a cena, ponto a ponto, da esquerda para a direita, linha a linha, de cima para baixo. A varredura horizontal é mais rápida – uma linha toma apenas 63,5 µs. O mecanismo de varredura exige que pulsos de sincronismo sejam utilizados com o sinal de vídeo, a fim de tornar simultâneas a varredura da câmera e a varredura no tubo de imagem. Em sistemas de áudio, as frequências em banda-base vão de 20 até 20 KHz, embora 50 a 15 KHz são comumente utilizadas em equipamentos de alta fidelidade. Em sistemas de vídeo as frequências em banda-base variam de 0 Hz até 4 MHz. Na transmissão de rádio sem fios, o sinal de áudio em banda-base é modula uma portadora de radiofrequência (RF). 1.2- Radiodifusão de Televisão Entende-se por difusão o envio em todas as direções. O transmissor de televisão tem duas funções: transmitir áudio e vídeo. Ambos os sinais de vídeo e áudio são transmitidos por uma mesma antena. Para transmissão de vídeo, o tubo da câmera converte a luz da imagem em sinal de vídeo. O tubo da câmera é um tubo de raios catódicos (TRC) composto por uma placa de imagem fotoelétrica e um canhão de elétrons, envolvidos em um tubo de vidro onde se faz vácuo. A antena receptora capta tanto a portadora de som quanto a de imagem. Os sinais são amplificados e detectados para recuperar-se a modulação original.

1

A faixa de frequência para a transmissão dos sinais de vídeo e áudio é chamada de canal de televisão. O padrão brasileiro, a cada estação de TV corresponde uma faixa de 6 MHz. Canais de faixa baixa de VHF : 2 até 6. Canais em faixa de alta de VHF: 7 a 13 Canais de UHF: 14 a 83. Lembre-se que a banda de VHF tem frequências entre 30 e 300 MHz e UHF, de 300 a 3.000 MHz. As portadoras de vídeo e som são sempre separadas de 4,5 MHz em cada canal. canais 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14-83

Faixa de frequência MHz Não utilizado 54-60 60-66 66-72 76-82 82-88 88-108 174-180 180-186 186-192 192-198 198-204 204-210 210-216 470-890

Descrição Canal baixo de VHF Canal baixo de VHF Canal baixo de VHF Canal baixo de VHF Canal baixo de VHF Faixa FM Canal alto de VHF Canal alto de VHF Canal alto de VHF Canal alto de VHF Canal alto de VHF Canal alto de VHF Canal alto de VHF Canais de UHF

Entre os canais 4 e 5 as frequências de 72 até 76 MHz são utilizadas em serviços de rádio, e navegação aérea. A faixa de 88 até 108 MHz é usada para FM comercial. Inicialmente o canal 1 era usado na faixa de 48-54 MHz, mas foi eliminado por interferir na FI. Os canais de frequências mais baixas atingem maior distância de propagação do que os canais de mais alta frequência por isso normalmente os canais de frequência mais baixa são destinados a serviços educativos. Não se usa canais de frequências adjacentes, tais como, canal 2, canal 3, canal 4, etc., na mesma cidade, por causar interferência. Os canais 4 e 5 podem ser transmitido na mesma cidade, pois existe um intervalo de 4 MHz entre estes canais.

Questões 1- Quais são as frequências dos canais 2,6,7,13,14? 2- Que representa os valores 3,58 MHz, 4,5 MHz, 30 quadros, 525 linhas?

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CAPÍTULO 2 A IMAGEM DE TELEVISÃO 2.1- Elementos de Imagem Uma imagem estática é fundamentalmente um arranjo de pequenas áreas claras e escuras. Cada pequena área clara ou escura é um detalhe da imagem ou elemento de imagem, abreviadamente pixel ou pel. Juntos estes elementos contém informações visuais da cena. Se transmitidos e reproduzidos com o mesmo grau de luz ou sombra e nas mesmas posições, então a imagem completa pode ser reproduzida. A Fig abaixo mostra pontos na tela, que podemos chama-los de pixel, cada pixel possui uma intensidade luminosa que pode variar de 0 até 255, para o caso de um sistema de 8 bits. Para um sistema de televisão digital uma tela pode apresentar várias resoluções com uma quantidade pixels relativamente grande, como é o caso de 1820x1080.

... ....... .....

..

.......... .....

..

.......... N pixels .....

M pixels

.

Figura 2.1- Cinescópio com MxN pixels

2.2- Varredura Horizontal e Vertical A imagem na TV é resultado da varredura de uma série de linhas horizontais, uma sobre a outra, como mostra a Fig. abaixo.

3

Figura 2.2- Varredura do feixe de elétrons na tela da TV

Linhas por quadro. O número de imagens em um quadro deve ser grande, para que se tenha uma imagem de elementos de imagem e, portanto, maiores detalhes. Entretanto, outros fatores limitam a escolha e foi fixado em 525 linhas por quadro em um sistema de TV preto e branco adotado nos Estados Unidos e em grande parte da América Latina.

525 linhas

Figura 2.3- Varredura do feixe de elétrons para o sistema NTSC ou PAL com 525 linhas.

Quadros por segundo. Observe que o feixe move-se lentamente para baixo enquanto é feita a varredura horizontal. O tempo para a varredura completa de um quadro de 525 linhas é de 1/30. Logo as imagens são repetidas com a frequência de 30 quadros por segundo.

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Informações do Sinal de vídeo. No sinal de vídeo, as amplitudes da tensão e corrente variam no tempo, da mesma forma que um sinal de áudio, embora as variações do sinal de vídeo correspondam a informações visuais.

(a)

(b) Figura 2.4- (a) Sinal da câmera correspondente a uma linha horizontal , (b) imagem na TV.

Persitência visual. A impressão causada nos olhos por uma luz persiste ainda por uma fração de segundo após a remoção da fonte de luz. Assim se várias vistas são mostradas aos olhos durante esse intervalo de persistência visual, elas serão integradas pelo olho e o observador terá a impressão de estar vendo todas as imagens simultaneamente. Quando a varredura é feita suficientemente rápida , os elementos de imagens aparecem aos olhos como uma imagem completa. Para se ter a sensação de movimento, um número suficiente de imagens precisa ser exibido a cada segundo. Este efeito é obtido tentando-se uma taxa de 16 repetições por segundo.

2.3- Frequência de Varredura Horizontal e Vertical. A frequência de varredura vertical é a frequência de campo, ou 60 Hz. É a frequência que o feixe de elétrons completa seu ciclo de movimento vertical, desde cima até

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embaixo e retornando para cima. Sendo o período para cada campo 1/60(s) e desde que cada um contém 262,5 linhas, tem-se que o número de linhas por segundo é : 262,5x60 = 15750 Ou, considerando 525 linhas para pares de campos sucessivos, ou seja, um quadro, pode-se multiplicar a frequência de quadros de 30 por este valor obtendo o mesmo resultado. Tempo da linha horizontal. 1/15750(s).

O tempo para varrer cada linha horizontal (H) é

Tempo H = 1.000.000/15750 = 63,5(µs).

2.4- Sincronismo Horizontal e Vertical Para manter a transmissão e recepção sincronizadas, sinais especiais são transmitidos juntamente com as informações de vídeo para o receptor. Estes sinais são pulsos retangulares que controlam a varredura na câmera e no receptor. Se não houver pulso de sincronismo vertical a imagem não fica fixa na tela e rola para cima ou para baixo. 2.5- Apagamento Horizontal e Vertical A tensão do sinal de vídeo correspondente ao apagamento está no nível de preto, cortando a corrente de elétrons e evitando a emissão de luz na tela. A função dos pulsos de retraço é tornar invisíveis os retornos do feixe necessários para a varredura. O tempo total da varredura horizontal incluindo traço e retraço é de 63,5 µs. O apagamento horizontal é de 63,5x0,16= 10,2 (µs). O tempo necessário para apagamento vertical é de aproximadamente 1/60x0,08= 0013(s). 2.6- O sinal de cor 3,58 MHz. Quando foi idealizada a transmissão de televisão a cores, ainda existia um grande número de televisores preto e branco, então o sinal a ser transmitido pelo sistema de televisão a cores precisava conter o sinal monocromático para os televisores preto e branco. Foi então desenvolvido o novo sistema de televisão a cores que contém o sinal monocromático ou sinal de luminância(Y) e o sinal que contém as características de cores ou seja o sinal de crominância (C). Especificamente, os sinais transmitidos em um sistema de TV a cores são: 6

1. Luminância(Y) . Contém somente as variações de brilho da imagem, incluindo detalhes, como no sinal monocromático. Quando tiramos a cor usando o controle do televisor a cores a imagem apresenta em níveis de cinza ou seja a imagem se transforma em uma imagem monocromática, teremos então apenas o sinal Y. 2. Crominância(C ). Contém as informações de cor, este sinal modula uma subportadora na frequência de 3,58 MHz. Para ser mais preciso, a frequência da subportadora é de 3,579545 MHz( NTSC) ou 3,575611 MHz(PAL-M). No receptor os sinais de luminância e Crominância são combinados para recuperar os sinais originais vermelho, verde e azul.

2.7- Qualidade da Imagem Brilho. É a intensidade média ou geral de iluminação na imagem reproduzida. Elementos de imagem individuais podem variar acima ou abaixo deste nível. As Figs. 2.5a 2.5b mostram dois sinais com níveis médio de alta(a) e baixa intensidade(b). Para o caso de alto nível médio a cena fica mais clara com maior intensidade luminosa.

Sinal de vídeo

sinal de vídeo

Nível médio

Nível médio

tempo (a)

tempo (b)

Figura 2.5- (a) alto nível médio, (b) baixo nível médio.

Contraste. É a diferença de intensidade entre as partes pretas e brancas na imagem reproduzida. Nas Figs 2.6a e mostram dois casos de alto contraste (a) e baixo contraste(b). Quando o sinal possui alto contraste a cena clara fica mais clara e a cena escura fica mais escura, isto é há um distanciamento entre o nível máximo e mínimo.

7

Sinal de vídeo

sinal de vídeo

Nível médio

tempo

(a)

Nível médio

tempo

(b)

Figura 2.6- (a) alto contraste, (b) baixo contraste

Detalhes. A qualidade dos detalhes, também chamada de resolução ou definição, depende do número de elementos de imagem que podem ser reproduzidos. A resolução está relacionada com a largura de faixa do sinal de vídeo. Quanto mais detalhes, maior será a largura de faixa do sinal.

Sinal de vídeo Sinl de vídeo

Figura 2.7- Imagem na TV e seus correspondentes sinais de vídeo

Nível de cor. Diz respeito a saturação da cor, podendo alterar a imagem desde ausência das cores até mostrá-las pálidas ou bem vivas e intensas. 8

Matiz. O que normalmente chamamos de cor de um objeto. Como por exemplo, a grama tem matiz verde. Relação de aspecto. A razão largura-altura de um quadro é chamada de relação de aspecto. Para televisão analógica foi normalizada em 4:3, ela nos fornece a relação entre a largura e altura da imagem. Nos sistemas de TV digital esta relação é de 16:9.

Televisão

Televisão

3 Analógica

4

Digital

9

16

Figura 2.8- Relação de aspecto para TV analógica e TV digital de alta resolução

Distância para assistir. Perto da tela, todos os detalhes podem ser vistos. Entretanto, as linhas de varredura ficam visíveis. Uma melhor distância para assistir TV é entre quatro a oito vezes a altura da tela.

2.8- Canais para Rádio Difusão de Sinais de Televisão Modulação de vídeo. A modulação do sinal de vídeo é feita usando AM-VSB. O sinal de vídeo em banda-base de 4 MHz modula a portadora correspondente, para ocupar uma faixa de 6 MHz que é a largura de faixa de um canal de TV. O sinal AM-VSB é uma modulação que possui uma faixa de largura entre o AM-SSB e o AM-DSB. Para o caso de televisão se o sistema fosse modulado em AM-DSB a faixa seria de 8 MHz por outro lado se fosse modulada em AM-SSB teríamos uma faixa de 4 MHz. Como o sistema é modulado em AM-VSB teremos que a faixa será de 6 MHz. A modulação AM-SSB possui uma faixa menor do que o sistema AM-DSB, mas por outro lado exige um filtro de caimento muito rápido. O sistema AM-VSB é um caso intermediário porque não exige filtros muito seletivos como no caso do AM-SSB, e possui uma faixa intermediária entre os AM-SSB e AM-DSB.

9

Espectro em banda base

Espectro sinal AM-DSB

f

f2 4 MHz

8 MHz

(a)

(b)

Espectro AM-SSB

f1

f2 4

(c)

MHz

Espectro sinal AM-VSB

f

f3

f1

f2

f

6 MHz

(d)

Figura 2.9 – (a)Largura de faixa do sinal em banda base, (b) Espectro do AM-DSB, (c) Espectro do AM-SSB, (c) Espectro do AM-VSB Modulação da Crominância. Na transmissão em cores o sinal em 3,58 MHz contém as informações de cores. Som. Também dentro do canal de 6 MHz é incluído a portadora do som para aquela imagem. A portadora de som é modulada em FM por uma frequência na faixa de 50 Hz até 15k kHz. Frequência das Portadoras. A Fig.2.10 mostra como as diferentes portadoras são posicionadas no canal de 6 MHz. A portadora de vídeo é marcada com a letra P, e a portadora de som é marcada com a letra S e está a 4,5 MHz acima da portadora de vídeo.

10

Figura 2.10- Posicionamento relativo da portadora de vídeo(P), portadora de som(S) e subportadora de crominância(C).

Questões Preencha as lacunas: 1- Os quadros são repetidos à frequência de .......por segundo. 2- O número de linhas de varredura é .......... por quadro. 3- O número de campos é ...........por quadro. 4- O número de linhas de varredura é ........... por campo 5- O número de linhas de varredura é .........por segundo. 6- A frequência de varredura horizontal é .......Hz 7- A frequência de varredura dos campos é .........Hz. 8- A amplitude do sinal de vídeo determina a qualidade de imagem chamada...... 9- A largura de faixa do sinal de TV é ......MHz. 10- O tipo de modulação do sinal de vídeo é ......... 11- O tipo do modulação do sinal de som é ....... 12- A banda reservada para o canal 3 é ........MHz. 13- A diferença das frequências portadoras de som e imagem par o canal 3 é .......MHz. 14- Porque a varredura vertical é necessária além da varredura horizontal? 15- A volta do feixe não é visível por causa dos pulsos de ........ 16- A frequência da subportadora de cor é aproximadamente .........MHz. 17- Defina razão de aspecto, contraste, brilho e resolução. 18- Por que os pulsos de apagamento são usados no sinal de vídeo?

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CAPÍTULO 3 TUBO DE IMAGEM

O tubo de imagem é um tubo de raios catódicos com um canhão de elétrons e uma tela de fósforo dentro de um vidro fechado a vácuo. No estreito pescoço do tubo, o canhão de elétrons produz um feixe de elétrons. Este feixe é acelerado em direção a tela pela tensão positiva do anodo. Para formar a tela, o lado interno da face frontal do vidro é revestido com um material luminescente que produz luz quando excitado pelo feixe de elétrons. Uma deflexão magnética é utilizada com bobinas externas ao redor do pescoço do tubo para fazer com que o feixe percorra a área inteira da tela. 3.1 Construção do tubo de imagem O tamanho de um tubo de imagem varia dos menores, com cerca de 1 polegada de tela, medida diagonalmente, até os maiores tubos de visão direta com uma diagonal de tela de 30 polegadas ou mais. O número do tipo de um tubo de imagem começa com uma identificação que fornece o tamanho da tela no sistema EIA. Para o tipo 19VHBP22, por exemplo, a medida da diagonal da tela será em torno de 19 polegadas. Tensão e corrente de filamento Estes valores não são especificados na identificação do tipo do tubo de imagem. Os valores de corrente é geralmente 6,3V . Os valores de corrente são de 240 a 600 mA para tubos monocromáticos e 800 a 1800 mA para tubos coloridos. Face frontal O revestimento interior da face de vidro forma a parte visível da tela. O vidro deve ser espesso o suficiente para resistir a pressão atmosférica que exerce uma força contra o vácuo dentro do invólucro de vidro. Ângulo de deflexão O ângulo de deflexão máximo em que o feixe de elétrons pode ser defletido sem bater nos lados é chamado de ângulo de deflexão. Os valores típicos são 70,90,110 e 114o. Alta tensão O segundo anodo para o canhão de elétrons possui uma alta tensão positiva (MAT ou Muita Alta Tensão), necessária para acelerar os elétrons em direção a tela, para se obter o brilho desejado. Os valores típicos são como se segue: 12

12 KV para tubo de imagem monocromático de 12 polegadas 30 KV para tubos de 25 polegadas a cores Etc.

3.3 Fósforos para telas Os mais comuns são o fósforo verde, P1, para tubos de osciloscópios, o fósforo P4, para tubos de imagem monocromáticos e o fósforo P22 para tubos a cores. Persistência da tela O tempo que decorre para que a luz emitida da tela diminua até 1% de seu valor máximo será chamado de persistência da tela. A persistência deve ser menor que 1/30 s, para que um quadro não se adicione ao seguinte, causando um borrão nos objetos em movimento. Deflexão magnética Todos os tubos de imagens utilizam deflexão magnética com bobinas de varredura V e H numa unidade defletora (yoke) externa ao redor do pescoço do tubo, em vez de deflexão eletrostática com placas internas. Na varredura magnética, dois pares de bobinas de deflexão são utilizados, montados externamente ao redor do pescoço do tubo, junto ao cone. O par de bobinas abaixo produz uma deflexão horizontal e vertical.

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CAPÍTULO 4 VARREDURA E SINCRONISMO

4.1- Forma de onda dente de serra para varredura linear Como exemplo de varredura linear, considere a forma de onda dente de serra na Fig. Abaixo como uma corrente de varredura para um tubo eletromagnético.

Figura 4.1- Forma de onda dente de serra da varredura na deflexão horizontal e vercial.

Figura 4.2- Direções par traço e retraço na forma de onda dente de serra da varredura.

Varredura Horizontal. O aumento linear da corrente nas bobinas de deflexão horizontal deflete o feixe através da esquerda para a direita. Varredura Vertical. A corrente dente de serra nas bobinas de deflexão vertical faz com que o feixe de elétrons se mova do topo para baixo do quadro. Tempo de Retraço. Durante o retraço horizontal e vertical, toda a informação da imagem é apagada. Portanto, a parte do retraço da onda dente de serra deve ser feita tão curta quanto possível, pois o retraço perdido em termos de informação de imagem. 14

4.2- Padrão de Varredura Entrelaçada. O procedimento de varredura universalmente adotado emprega varredura horizontal linear em padrão entrelaçado de linhas ímpares. Procedimento de Entrelaçamento. A varredura entrelaçada pode ser comparada com a leitura de linhas entrelaçadas escritas na Fig. 4.4 onde a informação na página é contínua se você ler todas as linhas ímpares do topo para baixo e então retornar ao topo para ler as linhas pares do topo para baixo. As linhas de varredura horizontal estão entrelaçadas no As linhas ímpares são varridas, omitindo-se as linhas pares. Sistema de televisão para dar duas Em seguida as linhas pares são varridas para completar o Visões da imagem para cada quadro de imagem. Todas Quadro inteiro sem perder qualquer informação da imagem.

Entrelaçamento de linhas ímpares. A geometria da varredura entrelaçada de linhas ímpares está ilustrada na Fig. 4.5.

Figura 4.5- Varredura entrelaçada

4.3- Quadro com Varredura Entrelaçada O padrão de varredura completo está mostrado na Fig. 4.6, onde as formas de onda dente de serra horizontal e vertical ilustram a varredura entrelaçada de linhas ímpares. 15

Figura 4.6- Uma amostra do padrão de varredura para 21 linhas de entrelaçamento.

4.4- Cintilação A varredura entrelaçada é utilizada porque o efeito de cintilação é desprezível quando 60 vistas da imagem são apresentadas por segundo. Se as varreduras progressivas fossem utilizadas em lugar da varredura entrelaçada todas as linhas de um mesmo quadro sendo varridas em ordem progressiva de cima para baixo, teríamos somente 30 quadros por segundo e resultaria em uma cintilação desagradável. 4.5- Distorção de Quadro Relação de aspecto incorreta. Dois casos de distorção de quadro estão ilustrados na Fig. 4.7.

Figura 4.7- Distorções do sinal na tela: relação e aspecto e trapezoidal 16

Distorções em Barril e em Almofada. Se a deflexão não for uniforme nas bordas do quadro comparada com seu centro, o quadro não terá bordas retas como mostra a Fig. 4.8(a), este é conhecido como efeito almofada. A distorção barril é mostrada na Fig. 4.8(b).

Figura 4.8: Distorção (a) almofada (b) barril

Distorção Trapezoidal. A Fig. 4.9a, as linhas de varredura serão maiores no topo do que embaixo.

Figura 4.9- Distorção trapezoidal

Varredura não Linear. A forma de onda dente de serra com sua elevação linear para o tempo do traço produz a varredura linear, já que faz com que o feixe se mova com velocidade constante. Contudo com a varredura não linear, o feixe se move ou muito lento ou muito rápido. Se o ponto em varredura mover muito devagar o receptor, comparado com a varredura da câmera, então a informação é comprimida. Ou, se a varredura é muito rápida, então a informação da imagem é reproduzida espalhada.

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i(t)

I

I/2

t1

t2

t

Figura 4.10 – Espalhamento na parte inferior causada pela varredura vertical não linear.

Varredura com Mau Entrelaçada. Em cada campo, o traço vertical deve iniciar exatamente na metade da linha de início do campo anterior para o entrelaçamento das linhas ímpares. Se o movimento para baixo for deslocado um pouco de sua posição correta, o feixe começa a varrer muito próximo da linha anterior, em lugar de varrer exatamente entre as linhas.

4.6- Pulso de Sincronismo No tubo de imagem, o feixe de varredura dever reproduzir os elementos de imagem em cada linha horizontal com a mesma posição da imagem no tubo da câmera.

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Figura 4.11 – pulsos de sincronismo.

Figura 4.12- Imagem rolando para cima e para baixo sem sincronismo V

Figura 4.13- Imagem desfeita em segmentos diagonais sem sincronismo H. 19

Questões 1- Para as seguintes imagens, desenhe o sinal composto de vídeo de duas linhas consecutivas (a) estrutura toda branca (b) duas barras brancas verticais e duas barras pretas espaçadas igualmente, (c) Qual a frequência da primeira harmônica para um sinal de 10 barras pretas e 10 brancas verticais? 2- Qual a função dos pulsos de apagamento horizontal? E dos pulsos de apagamento vertical? 3- No padrão em tabuleiro de xadrez, se houver 3000 quadrados numa linha, qual é a frequência das variações do sinal correspondente? Utilize 53,3µs para o tempo do traço visual. 4- Com uma relação de utilização de 0,7 qual é o número máximo de detalhes verticais para um tempo de apagamento de 0,08V?

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CAPITULO 5 ANÁLISE DOS SINAIS DE VÍDEO

As três partes do sinal composto de vídeo, ilustradas na Fig. 5.1 são: - O sinal da câmera correspondendo às variações de luz na cena; - Os pulsos de sincronismo para sincronizar a varredura ; - Os pulsos de apagamento para fazer os retraços invisíveis.

Figura 5.1- Os três sinais componentes do sinal de vídeo composto: (a) sinal da câmera, (b) sinal de apagamento e sinal da câmera, (c) sinal da câmera, sinal de apagamento horizontal e sinal de sincronismo horizontal

5.1- Constituição do Sinal Composto de Vídeo Na Fig. 5.2, valores sucessivos de amplitude de tensão ou corrente são mostrados para a varredura de duas linhas na imagem.

Figura 5.2- Sinal composto de vídeo para uma linha horizontal.

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Polaridade dos Pulsos de Sincronismo no Sinal Composto de Vídeo.

O sinal de vídeo pode ter duas polaridades : 1- Uma polaridade de sincronismo positiva, com os pulsos de sincronismo na posição para cima, como na Fig. 5.2, 2- Uma polaridade de sincronismo negativa, com os pulsos de sincronismo na posição para baixo, como mostrado na Fig. 5.3.

Figura 5.3- O sinal de vídeo composto com polaridade negativa.

Apagamento O sinal composto de vídeo contém pulsos de apagamento para fazer as linhas de retraço invisíveis, pela mudança da amplitude do sinal para preto quando os circuitos de varredura produzem o retraço, como é ilustrado na Fig. 5.4.

Figura 5. 4- Pulsos de apagamento V e H.

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5.2 Escala IRE das Amplitudes do Sinal de Vídeo Amplitude do Pulso de Sincronismo. Das 140 unidades IRE totais, 40 serão para o pulso de sincronismo.

Figura 5.5- Fotografia da imagem de osciloscópio mostrando uma linha horizontal do sinal de vídeo composto.

Set-up do Preto. Note que os picos pretos das variações dos sinais da câmera são separados do nível de apagamento de 7,5 unidades IRE, que aproximadamente 5% do total.

Amplitudes do Sinal de Câmera. O pico branco corresponde aproximadamente a 100 unidades IRE.

Tempo de Apagamento Horizontal. Os detalhes do período de apagamento horizontal estão ilustrados na Fig. 5.6. O intervalo marcado H é o tempo necessário para varrer uma linha completa o traço e retraço. Portanto, o tempo para H será 1/15750 ou 63,5 µs. O pulso de apagamento horizontal tem a largura de apenas 0,14H até 0,18H. Vamos tomar uma média de 16% como típico. Portanto, o tempo de apagamento horizontal é: 0,16x63,5 = 10,2 µs O tempo do traço ativo será:

63,5 – 10,2 = 53,3 µs

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Então, 53,3 µs é o tempo necessário para o a varredura sem apagamento em cada linha. Para o apagamento horizontal será necessário 10,2 µs.

Figura 5.6- Detalhes do apagamento horizontal e pulsos de sincronismo.

Pórtico Anterior e Pórtico Posterior A parte antes do pulso de sincronismo é chamado de pórtico anterior e o pórtico posterior vem logo após o pulso de sincronismo horizontal. O valor do pórtico anterior é de 0,02 H = 1,27 µs e o valor do pórtico posterior é de 0,06H = 3,81 µs.

Apagamento H e Varredura H. O tempo de apagamento após o pórtico anterior é de 8,93 µs, calculado de

10,2 – 1,27 = 8,93 µs Agora subtraia o tempo de retraço de 7 µs para 8,93 – 7,00 = 1,93 µs Então 1,93 µs é o tempo de apagamento que ainda resta após o retraço até a borda esquerda ter sido completado.

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Período Linha total H Apagamento H Pulso de sincronismo H Pórtico anterior Pórtico posterior Tempo de linha visível

Tempo 63,5 µs 9,5-11,5µs 4,75 ±0,5µs 1,27µs 3,81µs 52-54µs

Amplitude do Sinal de Câmera. 5.4- Tempo de Apagamento Vertical Os pulsos de apagamento vertical levam a amplitude do sinal de vídeo para o nível de preto de maneira que o feixe de varredura esteja apagado durante os retraços verticais. A largura do pulso de apagamento vertical é 0,05V onde V=1/60. Se tomarmos 8% como o máximo, o tempo de apagamento vertical é:

0,08x1/60 = 1333µs

Linhas H Apagadas V. O tempo de 1333 µs é suficiente para incluir linhas de varredura horizontal completas. Pelos cálculos podemos ter

1333/63,5 = 21 linhas apagadas no apagamento vertical. Assim teremos 42 linhas no apagamento dos dois campos.

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Pulsos de Sincronismo no Tempo de apagamento. Os pulsos de sincronismo horizontal inseridos no sinal composto de vídeo durante o pulso de apagamento vertical são mostrados na Fig. abaixo. Incluem os pulsos de sincronização vertical e alguns pulsos de sincronização horizontal.

Figura 5.7- Detalhes dos pulsos de sincronismo e apagamento para campos sucessivos na varredura vertical.

Apagamento V e Varredura V. Os pulsos de sincronismo vertical força os circuitos de deflexão vertical a começarem o retraço. Contudo o retraço não começa com o início do pulso de sincronismo vertical, pois o pulso deve carregar um capacitor para gatilhar os circuitos de varredura. O tempo necessário para o retraço depende dos circuitos de varredura, mas um tempo típico de retraço vertical é de cinco linhas. Detalhes do apagamento vertical

período Campo total(V) Apagamento

Tempo 0,0167(s) 0,05 V – 0,08 V 26

Cada pulso de sincronismo V Total de seis pulsos de sincronismo V Cada pulso E Cada pulso serrrilhado Tempo de campo visível

27,35 µs 3H = 190,5 (µs) 0,04 H = 2,54 (µs) 0,07H = 4,4 (µs) 0,92V- 0,95V ou 0,015- 0,016s

5.5- Informação de Imagem e Amplitudes de Sinal de Vídeo Os dois exemplos mostrados na Fig. 5.8 ilustram como o sinal composto de vídeo corresponde a informação visual. Na Fig. 5.8a, o sinal de vídeo corresponde a uma linha preta no centro de um quadro branco. Na Fig. 5.8b, os valores preto e branco na imagem são invertidos em relação aos da Fig. 5.8a.

Figura 5.8- Sinal composto de vídeo e sua informação de imagem.

5.7- Informação de Imagem e Frequências do Sinal de Vídeo As frequências do sinal da câmera variam de aproximadamente de 30 Hz até 4 MHz.

Frequências de Vídeo associadas com a Varredura Horizontal No padrão xadrez da Fig. 5.11 o sinal de onda quadrada no topo representa as variações do sinal da câmera do sinal composto de vídeo obtido em uma linha da varredura horizontal. Os 12 quadros numa linha serão varridos em 53,3 µs. Um tempo T menor será necessário para varrer dois quadrados 1/6 de 53,3 µs: 27

T= 1/6x53,3 = 8,8 µs

O período para um ciclo completo do sinal de onda quadrada é T, e a frequência f=1/T=1/8,8µs=0,11 MHz.

Figura 5.11- Padrão xadrez de 12 barras quadrados pretos e brancos.

Frequências de Vídeo e Informação de Imagem A Fig. 5.12 mostra como o tamanho da informação de imagem se relaciona com as frequências de vídeo. O corpo principal da imagem na Fig. 5.12a é mostrado na Fig.5.12b com somente as grandes áreas preto e branco. Estas frequências d vídeo se estendem até 100 kHz. Contudo os detalhes com bordas e contornos nítidos de 0,1 a 4 MHz mostradas na Fig. 5.12c.

28

Figura 5.12- Efeito das frequências de vídeo na reprodução da imagem: (a) imagem normal, (b) somente grandes áreas na imagem reproduzidas com baixas frequências de vídeo até 0,1 MHz, (c) somente bordas e contornos reproduzidos com altas frequências entre 0,1 e 4 MHz.

Número Máximo de Elementos de Imagem Se considerarmos o padrão em tabuleiro de xadrez da Fig. 5.11 com muito mais quadrados, o número máximo de elementos de imagem pode ser calculado considerando cada quadrado como um elemento de imagem.

Detalhe Horizontal Máximo Procedendo da mesma maneira como na seção anterior, podemos encontrar o número de elementos correspondentes a 4 MHz é 1/(4x106)s = 0,25 µs

29

Desde que dois elementos podem ser varridos em 0,25 µs, oito elementos poderão ser varridos em 1µs. Finalmente, 8x53,3 = 426 elementos de imagem podem ser varridos durante o período de uma linha ativa inteira de 53,3 µs. Relação de Utilização e Detalhe Vertical Cada linha de varredura pode representar somente um detalhe na direção vertical. Contudo uma linha de varredura pode deixar de representar um detalhe vertical completamente. Além disso, duas linhas podem ficar sobrepostas num elemento de imagem . O problema no estabelecimento de detalhes verticais úteis, então, é determinar quantos elementos de imagem podem ser reproduzidos para um dado número de linhas. O número de linhas úteis na representação dos detalhes verticais divididos pelo número total de linhas de varredura visíveis é a relação de utilização. Cálculos teóricos e testes experimentais mostram que a relação de utilização varia de 0,6 a 0,8. O número de linhas úteis é dado por: (525-42)x0,7 = 338

5.9-Componente Contínua do Sinal de Vídeo Em adição as contínuas variações de amplitude para elementos de imagem individuais, o valor médio do sinal de vídeo deve corresponder ao brilho médio na cena. O nível médio de um sinal é a média aritmética de todos os valores instantâneos medidos de eixo zero. Quando o nível médio, ou componente contínua do sinal está próximo do nível de preto como na Fig. abaixo(a), o brilho da cena é escuro. As mesmas variações de sinal na Fig. abaixo(b) possuem um fundo mais iluminado porque o nível médio está mais longe do nível de preto.

Figura 5.13- Sinais de vídeo com as mesmas variações AC, mas com diferentes níveis de brilho médio

30

Gama e Contraste na Imagem Gama é um fator numérico em televisão e reprodução para indicar como valores de luz são expandidos ou comprimidos. Com respeito a Fig. 5.15 o expoente das equações para as curvas é chamado de gama. O valor numérico de gama é igual a inclinação da curva onde ela cresce mais rapidamente. Uma curva com uma menor do que 1 é curvada para baixo, como na Fig. 5.15a. com a maior inclinação ocorrendo no final. Quando gama for maior do que 1, a curva está curvada para cima como na Fig. 5.15b, e a curva no início é relativamente plana enquanto no final inclinada. Com um gama de 1, o resultado é uma linha reta.

Figura 5.15- Característica gama: (a) resposta visual do olho, o gama será menor do que 1, (b) característica da grade de controle do tubo de imagem com gama maior do que 1, (c) característica linear de um amplificador igual a 1.

Informação da Cor no Sinal de Vídeo Para a televisão a cores, a composição do vídeo inclui um sinal de crominância de 3,58 MHz. A Fig. 5.16 mostra o sinal de vídeo com e sem cor.

31

Figura 5. 16- Sinal de vídeo com e sem cor: (a) sinal monocromático, (b) sinal combinado de crominância e sinal de luminância.

Questões Responda Verdadeira ou Falsa. 1. As três componentes do sinal de vídeo composto são o sinal de câmera, os pulsos de apagamento e os pulsos de sincronismo, considerando que não há informação de cor. 2. Os pulsos de sincronismo transmitidos durante o tempo de apagamento vertical incluem os pulsos de equalização o pulso de sincronismo vertical com serrilhado, e pulsos de sincronismo horizontal. 3. Para cada uma das seguintes imagens, desenhe o sinal composto de vídeo de duas linhas consecutivas: (a) estrutura toda branca, (b) duas barras brancas verticais e duas barras pretas espaçadas igualmente, (c) 10 pares de barras verticais. 4. Por que os pulsos de sincronismo são inseridos durante o tempo de apagamento? 5. Qual a função dos pulsos de apagamento horizontal? E dos pulsos de apagamento vertical? 6. No padrão em tabuleiro xadrez, se houver 300 quadrados numa linha, qual é a frequência das variações correspondente? 7. Com uma ralação de utilização de 0,7, qual é o número máximo de detalhes verticais para um tempo de apagamento de 0,08V? 8. Calcule o comprimento de cada detalhe horizontal uma tela de 20 polegadas, para uma frequência de sinal de vídeo de 0,5 MHz. 32

CAPÍTUL0 6 Sinais de Televisão a Cor

OS SINAIS DA TELEVISÃO A CORES Uma imagem colorida é, na realidade uma imagem monocromática mas com cores adicionadas às partes principais da cena. A informação de cor exigida está no sinal de crominância C de 3,58 MHz.

6.1-Sinais de vídeo Vermelho, Verde e Azul Os sistemas de televisão a cores começam e terminam com vermelho, verde e azul para informação de cores as cenas. Como mostra a Fig. 6.1, temos três tubos separados de câmera vidicon são utilizados para o vermelho, verde e azul. Estes tubos separam a cor em suas três componentes(R,G,B).

filtros

R

imagem

G

Luz

B

Tubos de câmeras vidicon

Sinal de video vermelho

Sinal de video verde

Sinal de video azul

Figura 6.1 – Três tubos da câmera vidicon produzindo os sinais R, G e B.

33

No receptor, o tubo de imagem possui três canhões de elétrons para os pontos de fósforo, vermelho, verde e azul na tela.

Tela de fósforo

R R G

G B

B Trio de pontos

Figura 6.2 – Canhão eletrônico com as cores com os três fósforos.

Os sinais R,G,B são compatíveis com a televisão preto e branca pois contém apenas uma informação da imagem. Os sinais de vídeo (R,G,B) são combinados para formar dois outros sinais – o sinal de crominância ( C ) e o sinal de luminância(Y). Na Fig. 6.3 os sinais de vídeo separados R,G,B são mostrados para uma linha de varredura horizontal através da imagem com barras vermelhas, verdes e azuis.

34

Vermelho

Verde

Azul

Sinal R

Sinal G

Sinal B

Tempo

Fig. 6.3- Os sinais de vídeo para as barras R,G e B.

35

vermelho

Cor de rosa

Cor de rosa pálido

Componente de R

Tempo

Fig. 6.4- Amplitude decrescente do sinal de vídeo da cor R para as barras vermelha, cor de rosa e cor de rosa pálido. Na Fig.6.5 mostra barras coloridas vermelhas, mas com larguras diferentes e se estreitando. Isto resulta em frequências maiores para barras mais estreitas.

R

tempo

Figura 6.5- Exemplo do aumento das frequências do sinal de vídeo para barras de cores com largura menor, indicando detalhes de menores de informações.

6.2- Adição de Cores Quase todas as cores podem ser reproduzidas pela adição do vermelho, verde e azul em diferentes proporções. O efeito aditivo é obtido pela superposição de cores individuais

36

Adição de Mistura de Cores A ideia da adição de cores é apresentada na Prancha colorida VII. Os círculos vermelho, verde e azul são sobrepostos, a cor mostra a adição das cores primárias. No centro, os três círculos sobrepõem-se, resultando no branco.

Vermelho Magenta R+B

Amarelo R+G

Azull

Verde

Turquesa G+B

Figura 6.6 – Círculo de cores mostrando as cores primárias vermelha, verde e azul com as cores complementares turquesa, magenta e amarelo.

Cores Complementares A cor que produz luz branca quando adicionada a uma primária será chamada de seu complemento. Por exemplo, amarelo quando somado ao azul, produz o branco. Portanto o amarelo é complemento do azul. Cores primárias Vermelho Verde Azul

Cores complementares Turquesa Magenta Amarelo

Turquesa = azul + verde 37

Magenta = vermelho + azul Amarelo = vermelho + verde

Adição de Sinais para Cores O que se vê na tela é a sobreposição combinada do vermelho, verde e azul.

Definição de Termos de Televisão a Cores Branco. Na realidade, a luz branca pode ser considerada como uma mistura do vermelho, verde e azul nas proporções adequadas. O branco e referência para televisão é especificado como uma cor de temperatura de 6500 K. Este é o branco azulado como a luz do dia. Matiz. A própria cor será o seu matiz ou tonalidade. O verde deverá possuir um matiz verde, uma maça vermelha possui matiz vermelha. Saturação. Cores saturadas são vivas, intensas ou fortes. A cores fracas ou pálidas possuem pouca saturação. A saturação indica a graduação de como estão diluídas pelo branco. Por exemplo o vermelho diluído pelo branco torna-se cor-de-rosa. Crominância. Este termo é utilizado pra combinar o matiz e a saturação. Na televisão a cores o sinal de cor de 3,58 MHz, especificamente, é o sinal de crominância. Em resumo o sinal de crominância inclui todas as informações de cores sem brilho.

Luminância. A luminância indica a quantidade de intensidade de luz, que é percebida pelos olhos como brilho. Na imagem preto-branco, as partes luminosas possuem mais liminância do que as áreas escuras. Todavia cores diferentes possuem graus de luminância diferentes já que as cores possuem brilhos diferentes. Esta ideia é mostrada pela curva de luminosidade mostrada na Prancha VIIIb. Compatibilidade. A compatibilidade da TV a cores com a TV preto-e-branco significa, essencialmente que os mesmos padrões de varredura são utilizados, e o sinal de luminância possibilita aos receptores monocromáticos reproduzirem em preto-e-branco uma imagem gerada a cores. Subportadora. Um sinal da subportadora modula outra onda portadora de frequência maior. Na televisão a cores a informação de cor é modula o sinal da subportadora de cor de 3,58 MHz que modula o sinal principal da portadora de imagem no canal de transmissão.

38

Multiplexação. A técnica da utilização de uma onda portadora para dois sinais separados é chamada multiplexação. Na televisão a cor o sinal C de 3,58 MHz será multiplexado com o sinal Y como uma portadora de imagem principal modulada.

Questões

1- As variações de brilho da informação de imagem estão em qual sinal (a) I, (b) Q, (c) Y, (d) R-Y. 2- A matiz com 180o defasado do vermelho é : (a) turquesa, (b) amarelo, (c) verde, (d) azul. 3- Uma amplitude p-p maior do sinal de crominância de 3,58 MHz indica : (a) mais branco, (b) amarelo, (c) matiz, (c) saturação. 4- Que sinal a informação de cor de largura de faixa de 1,3 MHz ? (a) I, (b) Y, (c) R-Y, (d) B-Y. 5- A cor com mais luminância é : (a) vermelho, (b) amarela, (c) verde, (d) azul. 6- Qual será o matiz de uma cor com 90o de fase adiante do burst? (a) amarela, (b) turquesa, (c) azul, (d) laranja?

39

CAPÍTULO 7

FUNDAMENTOS DO SISTEMA NTSC

Em 1954 os Estados Unidos adotaram como sistema de televisão a cores o Sistema NTSC. Estas são iniciais de National Television System Commitee, grupo de estudos que, a pedido da associação local de indústria eletrônicas, propôs o sistema.

vermelho

verde

azul

amarelo

branco

Vídeo R 100 %

tempo 100 %

Vídeo G

tempo

100 %

Vídeo B

tempo

7.1- Codificando a Informação de Imagem Os sinais de vídeo das cores primárias. A câmera recebe a luz com as componentes vermelha, verde e azul, correspondendo à informação de cor na cena, produzindo os sinais de vídeo das cores primárias, representadas na Fig. 7.1.

40

Matriz. Um circuito matriz forma novas tensões de saída a partir do sinal de entrada. A matriz no transmissor combina as tensões R, G, B em proporções específicas para formar as três sinais de vídeo que forem mais convenientes para a transmissão. Um sinal conterá a informação de brilho. Os outros dois sinais conterão a cor.

Y=0,30R+0,59G+0,11B

R Matriz

I=0,60R-0,28G-0,32B

G

Q=0,21R-0,52G+0,31B

B

Figura 7.2- Constituição dos sinais Y,I e Q.

Os dois sinais de cor que saem da matriz devem ser misturas de cores, significando que eles contem R,G e B. Exemplos importantes de pares de misturas de cores para codificação de cor RGB são: IeQ

Ou,

(R-Y) e ( B-Y)

No sistema NTSC o sinal C é formado pela modulação em quadratura de uma subportadora em 3,58MHz pelos sinais I e Q. Pela Figura 7.2 os sinais

𝑂𝑠𝑐. 𝑄 = 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑜 𝑡), 𝑂𝑠𝑐. 𝐼 = 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑜 𝑡)

𝑄𝑚 = 𝑄𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑜 𝑡) 41

𝐼𝑚 = 𝐼𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑜 𝑡)

𝐶 = 𝑄𝑚 + 𝐼𝑚 = 𝑄𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑜 𝑡) + 𝐼𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑜 𝑡) = |𝐶|𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑜 𝑡 + 𝜃) |C|=√𝐼 2 + 𝑄 2 𝐼 𝜃 = arctan⁡( ) 𝑄

Sendo 𝜔𝑜 = 2πfo,

fo = 3,58 MHz

Sinal Q Modulador Q Osc. Q

Qm

90

Sinal C de 3.58 MHz Sincronismo de cor

Oscilador de cor 3,58 MHz

Osc. I

Im Modulador I

Sinal I

Figura 7.2 – Constituição do sinal de crominância C.

Nos sistema que usam os sinais B-Y e R-Y o processo é semelhante ao caso do sistema que usa os sinais I e Q, bastando para isso substituir o sinal Q por B-Y e I por R-Y, ficando a expressão para o sinal C,

[(𝑅 − 𝑌) cos(𝜔𝑜 𝑡) + (𝐵 − 𝑌)𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑜 𝑡)]=|𝐶|𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑜 𝑡 + 𝜃)

42

O sinal de vídeo composto é formado da soma dos sinais: sinal da luminância +sinal de crominância + sinal burst +sinal de sincronismo e apagamento ou seja,

Sinal de vídeo composto = Y + C + Burst + pulsos de sinc. e apagamento. antena

Y

C

Somador de cor

Transmissor

Sinc de cor

burst

Sinc. +Y+C +burst

Figura 7.3 – Constituição do sinal de vídeo composto.

Os sinais R-Y e B-Y possuem ângulos de fase de matiz que são separados de 90o, assim como os sinais de vídeo I e Q. Em outras palavras o sinal Q está em posição de quadratura de fase com relação ao sinal I. A diferença de fase é usada para facilitar a operação dos dois sinais no processo de decodificação no receptor. Para a codificação na Fig. 7.2a, os três sinais de saída da matriz são como segue: 1. Sinal de luminância ou Y. Esta combinação de RBG, contém as variações de brilho, correspondendo ao sinal de vídeo monocromático. 2. Uma mistura de cores designada como sinal I. A polaridade positiva do sinal I é laranja; a polaridade negativa é turquesa. Estas cores foram escolhidas como as melhores para o sinal I, para mostrar pequenos detalhes de cor. 3. Uma mistura de cores designada como sinal Q. A polaridade positiva do sinal Q é púrpura ; a polaridade negativa é o amarelo-verde.

Razões para os Sinais I e Q do Sistema. A maior largura de faixa é usada para o sinal I(1,3 MHz) comparada ao sinal Q( 0,5MHz).

43

Desvantagens dos Sinais I e Q. A largura de faixa extra do sinal I é um problema para o receptor. Na modulação de crominância de 3,58 MHz, as frequências laterais superiores podem interferir com o sinal de som de 4,5 MHz. Além disso, as frequências laterais inferiores do sinal I podem se estender dentro da faixa do sinal de luminância Y. Uma filtragem extra deveria ser necessária para reduzir a interferência. Como resultado os receptores raramente utilizariam a largura de faixa adicional do sinal I. Os circuitos são muito simples quando todos os sinais de vídeo a cores possuem a mesma faixa de 0,5 MHz. Sem largura de faixa extra do sinal I, a informação de cores no sinal modulado C poderá ser detectada em diferentes ângulos de fase para diferentes matizes. Modulação de Crominância no Sistema NTSC. Os sinais I e Q são transmitidos como as faixas laterais de um sinal de subportadora de 3,58 MHz, que por sua vez modula a onda portadora principal de uma imagem. Como por exemplo, a portadora de imagem em 67,25 MHz, para o canal 4 é modulada pelo sinal da subportadora de cor da frequência de vídeo de 3,58 MHz, o sinal de crominância está em 67,25 + 3,58 MHz = 70,83 MHz como uma frequência lateral de RF do sinal da portadora de imagem modulada.

Figura 7.3- Sinal de vídeo composto em um osciloscópio.

44

Burst para Sincronização de Cor. Com a transmissão com portadora suprimida o receptor deve possuir um circuito oscilador em 3,58 MHz que gere o sinal da subportadora, para detectar o sinal de crominância. A sincronização de cores para os matizes corretos na imagem será conseguida pelo burst ( ou salva) de 8 a 11 ciclos do sinal de subportadora de 3,58 MHz no pórtico posterior de cada pulso de apagamento horizontal. Este burst de sincronização controla a frequência e fase do oscilador de 3,58 MHz do receptor. Sinal de Vídeo Composto. O sinal C com a informação de cor com o sinal de luminância Y são acoplados ao circuito somador. Este estágio combina o sinal Y com o sinal C de 3,58MHz para formar o sinal de vídeo composto. Veja Fig. 7.2c. A forma de onda do sinal de vídeo composto é mostrada na Fig. 7.3. As áreas sombreadas correspondem ao sinal C de 3,58 MHz, correspondente as barras coloridas. Sinal de Luminância. Em adição às amplitudes p-p para as barras a cores note que o nível médio é diferente para cada barra. Especificamente a distância do nível de apagamento até o nível médio do sinal C será uma medida de quanto clara é a informação da cena. Matiz e Saturação no Sinal C. A modulação segundo duas fases do sinal da subportadora de 3,58 MHz possui o efeito de concentrar todas as informações de cor em um sinal de crominância. Considere o exemplo de um sinal I forte com um pequeno sinal Q. O sinal C resultante possui um ângulo de fase próximo do matiz laranja do sinal I. Por outro lado com um sinal Q forte e um pequeno I o sinal modulado C possui um ângulo de fase próximo do matiz púrpura do sinal Q. Decodificação da Informação de Imagem. Começando com a antena de recepção o sinal da portadora de imagem modulada do canal selecionado é amplificado nos estágios de RF e de frequência intermediária. A saída do amplificador de vídeo Y na Fig. 7.4 é o sinal de luminância sem o sinal de cor de 3,58 MHz. A razão é que o amplificador tem uma resposta limitada para frequências abaixo de 3,2 MHz, aproximadamente. Desde que o sinal C está em 3,58 MHz ele é pouco amplificado no amplificador de vídeo Y.

45

antena

Sinal de vídeo composto

Circuito do receptor monocromático

Amplificador de vídeo Y 0-3,2 MHz

Sinal Y

Amplificador sintonizado de crominância de 3.58 MHz

Sinal C

Figura 7.4- Separação dos sinais de luminância e crominância.

Alguns receptores NTSC possuem filtros especiais para melhorar a resolução do sinal Y. Os chamados comb filters ( filtros pente) separam o sinal de croma mas deixam intactos, os componentes Y na faixa de 3,58 MHz. Como resultado a largura de faixa completa de 4 MHz do sinal Y pode ser utilizada para uma resolução máxima luminância. Demodulação Síncrona. Quando um sinal modulado for transmitido sem sua portadora ou onda subportadora a onda portadora original deve ser reinserida no receptor para se detectar a modulação. Como mostrado na Fig. 7.5, o oscilador de cores de 3,58MHz fornece o sinal da subportadora que é acoplado aos demoduladores para o sinal C. A demodulação síncrona em quadratura do sinal C pode ser feita pelo circuito da Fig. 7.5. C Demodulador R-Y sen(ωot)

=

C

Integrador (0-T)

x A

(R-Y)T/2 B

Sen(ωot)

Figura 7.5 – Demodulador (R-Y) 46

Considerando a entrada do sinal C, no ponto A o sinal será, 𝐶𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑜 𝑡) = [(𝑅 − 𝑌) cos(𝜔𝑜 𝑡) + (𝐵 − 𝑌)𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑜 𝑡)] cos(𝜔𝑜 𝑡)= = [(𝑅 − 𝑌)𝑐𝑜𝑠 2 (𝜔𝑜 𝑡) + (𝐵 − 𝑌)𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑜 𝑡) cos(𝜔𝑜 𝑡)] = = (𝑅 − 𝑌)

1+cos(2𝜔𝑜 𝑡) 2

+ (𝐵 − 𝑌)𝑠𝑒𝑛(2𝜔𝑜 𝑡)

O sinal no ponto B, após o integrador será,

𝑇

∫0 [(𝑅 − 𝑌)

1+cos(2𝜔𝑜 𝑡) 2

+ (𝐵 − 𝑌)𝑠𝑒𝑛(2𝜔𝑜 𝑡)] 𝑑𝑡 =

= (𝑅 − 𝑌)

𝑇 2

T é o valor do período. Lembrando que a integral das funções seno e cosseno em um período é igual a zero. Este sinal é proporcional ao sinal (R-Y), indicando que podemos obter o sinal (R-Y) pela demodulação síncrona. Da mesma maneira poderemos obter o sinal (B-Y). O diagrama completo para o demodulador síncrono é mostrado na Fig. 7.6. O sinal G-Y poderá se obtido a partir dos sinais (R-Y) e (B-Y), usando a expressão: G-Y =- -[0,51(R-Y) +0,19(B-Y)]

Sinal C Demodulador R-Y Vídeo R-Y 90

osc

Amplificador G-Y

Sincronismo de cor

Oscilador De cor 3,58MHz

Video G-Y Osc. Demodulador B-Y Sinal C

Vídeo B-Y

Figura 7.6- Detecção do sinal B-Y, R-Y e G-Y. 47

Demoduladores B-Y e R-Y. Muitos receptores decodificam o sinal de croma de 3,58 MHz em sinais de vídeo B-Y e R-Y em vez de I e Q. A largura de faixa da faixa passante de croma é geralmente limitada a 3,58 MHz ± 0,5 MHz. Então a largura de faixa do sinal I não é mesmo utilizada. O sinal B-Y é uma mistura de cores que está próximo do azul. O ângulo de fase para a matiz B-Y é exatamente de 180o oposto a fase do burst de sincronização do sinal NTSC. O sinal R-Y é uma mistura de cores próxima do vermelho. O ângulo de fase para o matiz R-Y é exatamente 900 da fase do B-Y. O tubo de imagem como um Misturador. Quando a decodificação no receptor dá os sinais de vídeo R-Y, B-Y e G-Y, eles podem ser convertidos nos sinais R, B e G pela adição do sinal de vídeo +Y. A adição algébrica para o vermelho, por exemplo, será:

(R-Y) + Y = R( vermelho)

Y

Tela de fósforo

Vídeo R R-Y

R G-Y

R G

B-Y

G B

B Trio de pontos Vídeo G

Vídeo B

Figura 7.7- Tubo de imagem a cores com os três fósforos R,G,B. 48

O sinal de Luminância. Consideramos agora em maiores detalhes o sinal de luminância que contém as variações de brilho da informação de imagem. O sinal Y é formado pela adição dos sinais de vídeo primárias, vermelho, verde e azul.

Y = 0,30R + 0,59G + 0,11B Estas porcentagens correspondem ao brilho relativo das três cores primárias.

Valores de Tensão para o Sinal Y. A Fig. 7.8 ilustra como a tensão do sinal Y é formada a partir das proporções especificadas das tensões R,G e B para o padrão de barras coloridas. O valor do Y para o branco é , Y = 0,30x1 + 0,59x1 + 0,11x1 = 1,00 O valor de Y para a turquesa é : Y = 0 + 0,59 +0,11 = 0,70 O valor de Y para a verde R=B=0; G=1 Y = 0+ 0,59 + 0 = 0,59 Valor de Y para o magenta R=B=1 ; G=0 Y =0,30 + 0 + 0,11 = 041 Valor de Y para o vermelho R=1; G=B=0 Y= 0,30 Valor de Y para o azul R=G=0; B=1 Y = 0,11

49

1

Azul

Vermelho

Magenta

Verde

Turquesa

Amarelo

branco

Varredura horizontgal

Vídeo R

t Vídeo G 1

t Vídeo B 1

t

Vídeo Y

1,0 0,89 0,70 0,59 0,41 0,30 0,11 t

Figura 7.8- Sinais R, G, B e Y das barras coloridas.

50

51

52

53

54

Matriz para o Sinal Y. Uma matriz possui a função de adicionar várias tensões de entrada nas proporções desejadas para formar novas combinações de tensão de saída. O exemplo de formação é ilustrado na Fig.7.9.

70 KΩ R 20 KΩ

Sinal Y

G 240 KΩ B 30 KΩ =0,30R+0,59G +0,11B

Figura 7. 9- Circuito de um divisor de tensão resistivo.

Largura de Faixa do Sinal Y Este sinal é transmitido com a largura de faixa da frequência de vídeo completa 04MHz, como na transmissão monocromática. Contudo a maioria dos receptores corta a resposta para a frequência de vídeo em 3,2 MHz, aproximadamente. O propósito é minimizar a interferência com o sinal C em 3,58MHz.

7.5 - Tipos de Sinais de Vídeo a Cores.

Sinal I. Esta tensão de vídeo é produzida na matriz do transmissor como a seguinte combinação de vermelho, verde e azul:

I = 0,60R -0,28G -0,32B

55

Sinal Q. As tensões primárias são combinadas na matriz do transmissor nas seguintes proporções para o sinal Q: Q = 0,21R – 0,52G +0,31B Como resultado, polaridade opostas do sinal Q representam as cores complementares púrpura e verde amarelado. Veja Prancha IX. O sinal B-Y. O matiz deste sinal é principalmente azul, mas é mistura de cores por causa da componente –Y. B-Y = 1,00B – ( 0,30R + 0,59G +0,11B) = -0,30R -0,59G + 0,89B O sinal R-Y. O matiz B-Y é um vermelho-púrpura. A combinação do vermelho com as componentes primárias do sinal Y resulta em: R-Y = 1,00R –( 0,30R + 0,59B +0.,11B) = 0,70R-0,59G – 0,11B O sinal G-Y. A combinação do sinal-Y com 100% do sinal G resulta em : G-Y = 1,00G –(0,30R + 0,59G + 0,11B) = -0,30R +0,41G – 0,11B

Resumo dos Sinais de Vídeo. Os sinais I e Q podem ser representados pelos sinais B-Y e R-Y pelas equações : Tabela de sinais coloridos de vídeo Nome

Matiz

B-Y

Azul

Largura faixa(MHz) 0-0,5

R-Y

Vermelho

0-0,5

G-Y

Verde

0-0,5

I

Laranja

0-1,3

Q

Púrpura

0-0,5

da Notas Fase oposta do sincronismo Em quadratura com B-Y Combina R-Y e BY Largura de faixa máxima de cores Em quadratura com I

56

I = -0,27(B-Y) + 0,74(R-Y) Q = 0,42(B-Y) + 0,48(R-Y) Podemos determinar (B-Y) e (R-Y) em função de I e Q. B-Y = -1,1085I + 1,7090Q R-Y = 0,9469I + 0,6236Q

Burst de Sincronismo A Fig. 7.10 mostra detalhes do burst de sincronismo de cor em 3,58 MHz transmitido como parte do sinal composto de vídeo. O burst de cor sincroniza a fase do oscilador de cor de 3,58 MHz no receptor.

Figura 7.10 – (a) Burst de sincronismo de cor no pórtico posterior ; (b) comparação de burst e do sinal C, ambos em 3,58 MHz. 57

Ângulos de Fase do Matiz. A Fig. 7.11 mostra como os matizes do sinal modulado C são determinados pela sua variação do ângulo de fase com relação ao ângulo de fase constante do burst de sincronismo de cor. Note se que o matiz do burst de sincronismo de cor do sistema NTSC corresponde ao amarelo-verde. A relação entre os dois sistemas de coordenadas IxQ e (R-Y)x(B-Y) é mostrado na Figura 7.11.

Figura 7.11 – Ângulos de fase de diferentes matizes.

Eixo I e Q . Estes sinais de cor de vídeo são utilizados para modular a subportadora de 3,58 MHz para transmissão. Como mostrado na Fig. 7.10, o eixo I está a 570 defasado do burst de sincronismo de cor. O ângulo entre os eixos Q e (B-Y) é dado por, atan(1,1085/1,7090) = 32,9684o ~ 33o

Eixos B-Y e R-Y. O receptor pode também reconhecer os matizes na demodulação do sinal C pela reinserção do sinal da subportadora de cor de 3,58 MHz nos ângulos de fase segundo BY e R-Y. Como mostrado na Fig. 7.11b, a fase B-Y está 180o da fase do burst e a fase R-Y está em quadratura com ela. 58

7.8 – Sinal Composto de Vídeo NTSC A formação do sinal de vídeo total combinando luminância e crominância é ilustrado na Fig. 7.12 em passo sucessivos. Começando com as cores primárias as tensões de vídeo R,G e B na Fig. 7.12a, b e c são mostradas para o tempo de varredura de uma linha horizontal através de barras coloridas.

Amplitudes do Sinal Y. Para o magenta ( R=B=1, G=0) Y = 0,30R + 0 + 011B = 0,41

Amplitudes dos Sinais I e Q Para o amarelo que contém vermelho e verde, e sem azul,

I = 0,60R -0,28G – 0,00B = 032 Q = 0,21R – 0,52G + 0,00B = -0,31

Adição do Fasor para o Sinal C. A forma de onda na Fig. 7.12g mostra o sinal da subportadora de cor de 3,58 MHz modulada pelos sinais I e Q em quadratura.

|𝐶| = √𝐼 2 + 𝑄 2 Por exemplo para o amarelo com valores de 0,32 par I e -0,31 para Q :

|𝐶| = √0,322 + (−0,31)2 = 0,45 Ângulo dos Sinais Y e C. O ângulo de fase θ para a matiz é dado por: θ = artan(I/Q)

59

Resumidamente podemos construir a tabela abaixo para as barras. R G B Y I Q |C| α

branco 1 1 1 1,0 0 0 0 0

amarelo 1 1 0 0,89 0,32 -0,31 0,45 134o

turquesa 0 1 1 0,70 -0,60 -0,21 0,63 -109o

verde 0 1 0 0,59 -0,28 -0,52 0,59 -1510

magenta 1 0 1 0,41 0,28 0,52 0,59 28.3o

vermelho 1 0 0 0,30 0,60 0,21 0,63 70.7o

azul 0 0 1 0,11 -0,32 0,31 0,45 -45o

Adição dos Sinais Y e C Para a forma de onda do sinal total de vídeo na Fig. 7.12h, as amplitudes Y para luminância ( Fig. 7.12d), são combinadas com o sinal C ( Fig. 8.B.12g).

60

Azul

Vermelho

Magenta

Verde

Turquesa

Amarelo

branco

Varredura horizontgal

Vídeo R

1

t Vídeo G

1

t

Vídeo B

1

t 1,0

Vídeo Y

0,89

0,70 0,59

0,41

0,30

0,11 t

Q 0,52 0,21 I

0,31 t

0,31 0,21 0,52 0,32

0,60 0,28 t

0,28 C 0,45

0,60 0,63

0,32

0,63 0,59 0,59 0,45 Sub portadora t

Sinal vídeo composto 1,34 1,33 1,18 1,0 1,00

0,93 0,56

0,44 0,07 Burst de 3,58 MHz Pulso de apagamento

Pulso de apagamento

0 -0,18

Burst de 3,58 MHz

-0,34 -0,34

Pulso de sinc.

Pulso de sinc

Figura 7.12- Sinal de vídeo composto para TV a cores 61

7.9 – Cores não Saturadas com o Branco Os valores de tensão relativa mostrada na Fig. 7.12 são para cores vivas que estão 100% saturadas. Neste caso, poderá não haver componente em cores primárias. Por exemplo, o R saturado possui tensões de vídeo zero para o B e o G; o amarelo saturado ( verdevermelho) possui tensão de vídeo B igual a zero . Isto acontece devido ao fato de que com entrada de luz zero para um tubo de câmera de cor não haverá sinal de saída. Em cenas naturais, contudo, a maioria das cores não é 100% saturada. Portando, qualquer cor diluída pela luz branca possuirá todas as três primárias. O seguinte exemplo ilustra como identificar a quantidade de dessaturação para cores mais fracas. Consideremos o amarelo puro e 20% de branco. Os cálculos para os sinais de vídeo R, G e B serão como se segue: 80% de amarelo ( 0,80R vermelho-verde) 20 % branco( 0,20R vermelho-verdeazul) Saída total da 1,00R câmera

0,8G

0,00B

0,20G

0,20B

1,00G

0,20B

Estas porcentagens relativas de tensões de vídeo para cores primárias podem ser utilizadas para calcular as amplitudes relativas do sinal Y e dos sinais de vídeo para 80% de saturação de amarelo.

7.10-Resolução de Cores e Largura de Faixa O sinal Y é transmitido com largura de faixa completa de frequência de vídeo de 4 MHz para máximo detalhe horizontal para preto-branco. Contudo, esta largura não é necessária para os sinais de vídeo a cores, pois, para detalhes muito pequenos, o olho pode perceber somente o brilho, ao invés da cor. Portando a informação de cor pode ser transmitida com uma largura de faixa muito menor do que 4MHz. O sinal I para o laranja e o turquesa possui mais largura de faixa, pois pequenos detalhes podem ser percebidos para estas cores. Contudo, para as frequências entre 0,51,3 MHz, somente as frequências laterais inferiores são transmitidas. Este método de transmissão faixa lateral vestigial numa subportadora de cor de 3,58 MHz é utilizada 62

para dar a máxima largura de faixa para o sinal I sem se estender até as frequências do sinal da portadora de som, que dista 4,5 MHz do sinal de portadora de imagem. As larguras de faixa para os sinais Y,I e Q são ilustradas pelos gráficos da Fig. 7.13. A largura de faixa do sinal I geralmente não é usada em receptores a cores. A razão é que os circuitos de cores são muito mais simples quando todos os sinais de cores são de vídeo possuem a mesma largura de faixa de 0,5 MHz, que é a banda base prática para os sinais de cores.

63

Sinal de video Y

4,0

Frequência em MHz

Sinal Q

Frequência em MHz

0,5

Sinal Q modulado

3,1 3,58

4,08

Frequência em MHz

Sinal I

1,3

Frequência em MHz

Sinal I modulado

2,28

3,58

4,2

Frequência em MHz

Sinal I e Q

3,58

Frequência em MHz

4,5 MHz

Subportadora de som

67

67,25

70,83

72

Frequência em MHz

Subprtadora de cor

Fig. 7.13- Largura de faixa para o sinal Y e sinais de cor.

64

Como resultado, podemos considera as frequências de vídeo de 0-0,5 MHz como a largura de faixa prática para o sinal de informação de cores. A maneira como a informação de imagem é reproduzida pode ser ilustrada pelo desenho da Fig. 7.14.

Fig. 7.14 - Largura das áreas de cor na imagem com largura de faixa de vídeo para a informação de cor até 0,5MHz. As distâncias marcadas para uma largura horizontal de 20 polegadas para a tela do tubo de imagem.

8B.11- Frequência da subportadora de cores Este valor deve ser uma alta frequência de vídeo, entre 2-4MHz.

Frequência de varredura horizontal Especificamente, a frequência da portadora de som de 4,5 MHz é tomada a 286a harmônica da frequência horizontal. Portanto, f H = 4,5 MHz/286 = 15.734,27 Hz

Frequência de varredura vertical A frequência de varredura vertical também é um pouco modificada, pois devemos ter 262,5 linhas por campo. Então a frequência de varredura do campo vertical é: fH = 15.734,27Hz/262,5 = 59,94 Hz

65

Frequência de cor Com a frequência de varredura horizontal escolhida, agora a subportadora de cor pode ser determinada. Este valor será tornado a 455ª harmônica de fH /2: C = 455x15.734,27 = 3,579545 MHz

Questões 1- Por que são convertidas as tensões de vídeo das cores primárias para os sinais Y e C na transmissão? 2- Defina matiz, saturação, luminância e crominância. 3- Qual a largura de faixa do sinal Y? 4- Que partes da imagem são reproduzidas em preto e branco pelo sinal Y? Que partes são reproduzidas em cores como mistura de vermelho, verde e azul? 5- Descreva o sinal de burst e dê seu papel. 6- Uma cena mostra uma barra amarela contra um fundo preto. Como esta imagem aparecerá numa reprodução monocromática ? 7- Calcule os valores para o sinal de luminância do azul, verde, amarelo e branco. 8- Calcule o valor da tensão C quando I= 0,4 e Q = 0,3? Qual é a matiz aproximada destra cor? Múltipla escolha

1- As variações de brilho da informação de imagem estão em qual sinal? a- I b- Q c- Y d- R-Y 2- O matiz de 180o defasado do vermelho é: a- Turquesa b- Amarelo c- Verde d- Azul 3- Que sinal a informação de cor de largura de 1,3 MHz ? a- I b- Y c- R d- B-Y 4- A cor com mais luminância é: a- Vermelha b- Amarela c- Verde 66

d- Azul

5- Defina matiz, luminância, e saturação. 6- Qual o valor do sinal Y para as seguintes barras? a- Branca b- Vermelha c- Verde 7- Uma cena mostra uma barra vertical amarela com fundo preto. Desenhe o sinal Y correspondente a uma linha.

67

CAPÍTULO 8

FUNDAMENTOS DO SISTEMA PAL

O ângulo de fase do sinal de crominância determina o matiz da cor que se deseja reproduzir, então qualquer perturbação indesejável sobre este ângulo tem influência direta na qualidade das cores na tela. Esta distorção pode ser originada no equipamento transmissor no canal de transmissão ou no próprio receptor. Diversas tentativas foram feitas para a solução desse problema, mas uma das mais satisfatórias foi, na verdade, o desenvolvimento na Alemanha de um novo sistema que deriva do NTSC, porém através de um artifício, consegue praticamente anular os efeitos da distorção de fase. Este artifício consiste na inversão, na frequência do sincronismo das linhas horizontais, da componente R-Y do sinal transmitido ( daí o nome do sistema: Phase Alternating Line ).

Conceito do Sistema PAL No sistema NTSC, o matiz de uma cor qualquer é definido pelo ângulo de fase de um sinal de crominância C , quando medido em relação ao ângulo de fase, de um sinal de referência, denominado de burst, conforme vimos no Cap. 7. Este sinal de burst tem no sistema NTSC um ângulo de fase fixo de 180o em relação à referência zero para os ângulos que se convenciona ser a direção da componente B-Y. A Fig. 8.1 reproduz o vetor correspondente a um sinal C qualquer que tem uma fase α em relação a referência. Se como na Fig. 8.1b, o ângulo for alterado para β, a componente B-Y aumentará e a componente R-Y diminuirá. O recurso que o sistema PAL utiliza na transmissão para minimização dos efeitos dessa distorção pode ser descrito da seguinte forma: 1- Inversão de fase da componente (R-Y) do sinal de cor, uma linha sim, outra não. 2- Defasagem no sinal de burst, alternando-se a cada linha entre + 45o e -45o da direção –(B-Y).

68

Figura 8.1- (a) Representação de um sinal no sistema (B-Y)x(R-Y ) com fase α; (b) o mesmo sinal considerando um erro de fase β. A Fig.8.2a, mostra a configuração quando se deseja transmitir uma cor A.

Figura 8.2- Sinais transmitidos no sistema PAL, em linhas sucessivas 69

8.2 – Correção dos Erros de Fase

O propósito em se fazer essa inversão ficará claro que quando, na Fig. 8.3, supormos que a cor A sofreu uma distorção de fase representada pelo ângulo α. A cor que chegará ao demoduladores será A´ ( nas linhas n, n+2, etc.) e B´ ( nas linhas n+1, n+3, etc.). Ver Fig. 8.3a e b. A componente (R-Y) de B’ é reinvertida no receptor e o resultado se vê na Fig. 8.3c, que mostra as linhas consecutivas com as cores A’ e B’. Se for efetuada a média entre A´ e B´ , teremos uma cor resultante com o mesmo ângulo de fase da cor original A, compensando-se o efeito da distorção de fase.

Figura 8.3 – Efeitos de uma distorção de fase α; (a) linhas n, n+2,n+4, etc .;(b) nas linhas n, n+1, n+3, etc., (c) a resultante da média tem a mesma fase da cor original A.

8.3 – A frequência de Subportadora para PAL-M. As frequências de sincronismo horizontal e vertical foram escolhidas para que fossem as mais próximas possíveis dos valores 15.750 Hz, e 60 Hz, respectivamente, que eram utilizadas em sistemas de transmissão preto-e-branco. Decidiu-se usar para as transmissões NTSC : FH = 15.734,27 Hz Fv = 59,94 Hz 70

Fsp (NTSC) = 455xfH/2 = 3,579545 MHz Fsp(PAL-M) = 909xfH/4= 909x15.734,27/4 = 3,575611 MHz

8.4- Diferenças entre Sistemas São utilizados no nosso continente três sistemas de TV a cores: - PAL-M (Brasil) - NTSC( EUA, México, Chile, Peru, Colômbia, Venezuela, Panamá, Canadá) - PAL-N (Argentina, Paraguai, Uruguai) A diferença entre o sinal transmitido NTSC e PAL-M estão somente nas características do sinal de crominância. A diferença entre o sinal transmitido PAL-M e PAL-N reside nas frequências de sincronismo e na frequência da subportadora.

Questões 123-

456-

7-

A frequência de subportadora do sistema PAL-M é: (a) 3,579545 MHz ; (b) 3,579545 MHz; (c) 3,575611 MHz. A frequência da subportadora do sistema PAL-M é (a) múltiplo ímpar de fH/2; (b) múltiplo par de fH/2; (c) múltiplo ímpar de fH/4. Em relação ao NTSC no que se refere a distorções de fase do sinal recebido, o sistema é: (a) mais tolerante; (b) menos tolerante; (c) indiferente. A componente R-Y do sinal de crominância no sistema PAL é invertida : (a) a cada linha; (b) a cada campo; (c) quando há distorção de fase. O burst APL está a : (a) 180o em relação ao eixo –(B_Y); (b) 90o do eixo B-Y; (c) 45o do eixo –(B-Y). Para transformar um receptor NTSC em um PAL-M, basta: (a) trocar o seletor por um feito no Brasil; (b) um pequeno reajuste na frequência de subportadora; (c) uma alteração na parte de decodificador de cor. A frequência fH para um PAL-M é: (a) 15.734,25 MHz; (b) 15.750 Hz; (c) 15.625 Hz.

71

CAPÍTULO 9 TRANSMISSÃO DE TV

9.1- Transmissão com Polaridade Negativa

Como se vê na Fig.9.1, o pico de branco, no sinal de vídeo, produz as menores amplitudes do sinal AM de imagem. Isto é obtido através de modulação com polarização negativa, caso em que o sinal modulador é aplicado na polaridade em que reduz a amplitude da portadora de RF nos picos de branco do sinal de vídeo. Observe as seguintes amplitudes relativas ao sinal de imagem modulado em amplitude da Fig. 9.1: Topo do sincronismo = 100% Nível de apagamento = 75% Nível de preto = 67,50% Máximo de branco = 10 -15 % , ou 12,50% Os pulsos de sincronismo ocupam 25% superiores da amplitude da portadora.

Figura 10.1- Portadora da imagem transmitida, modulada em amplitude pelo sinal de vídeo composto. Uma das vantagens da transmissão negativa é a de que os pulsos de ruído presentes no sinal de RF transmitido tendem a aumentar a amplitude da portadora em direção ao 72

preto, e não ao branco. Além disso, o transmissor emprega menos energia na transmissão negativa. Como as imagens típicas tem predominância de branco, a portadora é baixa durante a maior parte do tempo de transmissão. Mas talvez a mais importante seja a vantagem prática de se ter o topo de sincronismo como referência para a intensidade da portadora, independente da informação da imagem. O IRE e as Amplitudes da Portadora. No sinal vídeo composto utilizado como sinal de banda-base para modulação, normalmente as amplitudes relativas são indicadas pela escala do IRE( Institute of Radio Engineers).

Nível Topo do Sincronismo Apagamento Preto Pico de brando Não utilizado

Níveis de vídeo, unidades Nível da portadora de RF, IRE em porcentagem -40 100 0 75 10 67,5 100 12,5 120 0

9.2- Transmissão por Banda Lateral Vestigial O sinal AM de imagem não é transmitido como um sinal comum com duas bandas laterais. Ao invés disso, uma parte da transmissão, permanecendo apenas um vestígio das bandas laterais. O objetivo é reduzir a faixa de frequência necessária para a modulação de vídeo no sinal de imagem. Assim sendo, empregam-se canais de 6 MHz para transmissão de TV, no lugar dos 8 MHz ou mais que seriam preciso com banda lateral dupla com modulação de 4 MHz.

Modulação em Amplitude. O exemplo da Fig. 9.2 ilustra como um sinal AM é produzido, para que se possa analisar as bandas laterais.

73

Figura 9.2- Circuito para produção da modulação em amplitude.

9.3- Canais de Transmissão de TV A cada estação é designado um canal de 6 MHz para a transmissão do sinal AM de imagem e do sinal FM do sinal de Som. Canais da Banda Inferior de VHF. Essa faixa inclui os canais 2,3,4,5,6 entre 54-88 MHz. A banda localizada entre 44-50 MHz costumava ser o canal 1 , mas foi designada para outros serviços de rádio, devido a problemas de interferência. Canais da Banda Superior de VHF. 13, abrangendo de 174-216 MHz.

Aqui estão incluídos os canais, 7,8,9,10,11,12 e

Canais de VHF canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Frequência 54-60 60-66 66-72 76-82 82-88 174-180 180-186 186-192 74

10 11 12 13

192-198 198-204 204-210 210-216

Canais de UHF. Esta faixa inclui os canais 14 a 83 com frequências de 470-890 MHz. Canais de UHF

canal 14 15 16 17 18 19 20 21 22 83

Faixa de frequência 470-476 476-482 482-488 488-494 494-500 506-512 512-518 518-524 524-530 884-890

Estações com Mesmo Canal. Um mesmo canal pode ser usado por várias estações transmissoras desde que estas fiquem suficientemente separadas, para não provocar interferências. O afastamento necessário, em geral, é de 274-354 Km, para estações de VHF, e 241-330 Km para as estações de UHF. Canais Adjacentes. Um canal é adjacente a outro quando lhe está próximo em frequência, e não apenas no número do canal. Assim por exemplo os canais 4 e 5 não são adjacentes, porque existe um saldo de 4 MHz entre 72 e 76 MHz. Os canais 2 , 3 e 4, por outro lado são realmente adjacentes. Os canais 7 até o canal 13 são adjacentes.

75

Figura 9.3- Canais 2 e 4 como adjacentes quando está sintonizado o canal 3

Canais Adjacente Inferiores. No caso do exemplo da Fig. 9.3, para os canais 2,3,e 4, o canal 2 é considerado o canal adjacente inferior, estando o receptor sintonizado no canal 3. Se estiver sintonizado no canal 4, o canal 3 passará a ser o canal adjacente inferior. Canal Adjacente Superior. Com o receptor ainda sintonizado no canal 3, o canal 4, é adjacente superior. O canal 5 não é considerado adjacente superior quando o canal 4 esta sintonizado pelo receptor. Interferência entre Canais. As estações que partilham o mesmo canal podem provocar interferências mútuas nas áreas fronteiriças entre os dois transmissores. Ocorre neste caso uma interferência de barras horizontais conhecido como efeito veneziana, como se vê na Fig. 9.4. Com a interferência provocada por um canal adjacente, algumas das barras laterais do sinal de imagem podem entrar em batimento com a portadora desejada de imagem. Bastante óbvia é a barra negra vertical produzida pelo apagamento vertical, como se vê na Fig. 9.4, conhecido como efeito limpador de para brisa.

(a)

(b)

Figura 9.4- (a) Efeito veneziana, (b) efeito limpador de para brisa.

76

9.4- O Canal Padrão de TV A Fig.9.5a, ilustra como os sinais de imagem e som ficam alojados no canal de 6 MHz. A frequência da portadora de imagem não está situada no centro do canal, devido a transmissão por banda lateral vestigial. 1- A portadora de imagem P está 1,25MHz acima do extremo inferior do canal. 2- A portadora de som S encontra-se 4,5 MHz acima da portadora de imagem, ou 0,25 abaixo do extremo superior do canal. 3- A subportadora de cor C está 3,58 MHz acima da portadora de imagem, sob a forma de modulação de vídeo na banda lateral. Exemplos de frequências RF dos Canais. Vamos considerar o canal 3 cobrindo a faixa entre 60-66 MHz. P = 60 + 1,25 = 61,25 MHz S = 61,25 + 4,5 = 65,75 MHz C = 61,25 + 3,58 = 64,83 MHz

Figura 9.5- Espectro de um canal de TV( canal 3) de 6MHz, P é a portadora de vídeo, S é a portadora de som, C é a subportadora de croma. 77

9.5- O Sinal de Som FM A modulação em frequência é adotada para o sinal associado de áudio, a fim de tirar proveito das vantagens de menor ruído , e interferência. Modulação em Freqüência A modulação em freqüência é a única forma de modulação analógica em comunicações via satélite. Como veremos a relação ruído de um sistema FM é proporcional ao quadrado da largura de faixa do sinal modulado ou do índice de modulação Eq. 9.8. Isto possibilita um aumento da relação sinal-ruído por meio do aumento da largura de faixa. A relação sinal-ruído (S/N) na saída do demodulador de FM é muito maior do que a relação portadora-ruído (C/N) na entrada do mesmo. Isto não acontece com a modulação em amplitude, em que a relação sinal-ruído na saída do demodulador é igual a relação portadora-ruído na entrada do mesmo. Em comunicações via satélite a potência disponível é normalmente pequena, pois a energia é proveniente das fotocélulas. Então para melhorar a relação sinal ruído do sinal no receptor faz se opção pela modulação FM onde podemos aumentar S/N aumentando se a faixa de transmissão do sinal aumentar. Em comunicações via satélite existe maior disponibilidade de banda, pois os sinais são transmitidos em frequências normalmente acima de 1 GHz. Um sinal modulado em frequência tendo como sinal modulador uma senoide é dado por,    v(t )  A cos  c t     mod 

   sen  mod t  (9.1)  

onde: c

= freqüência da portadora

 = m = índice de modulação  mod



(9.2)

= desvio máximo da freqüência.

mod = frequência do sinal modulador

A equação acima pode ser escrita como, v(t) = A cos[c t + m sen(mod t)]

(9.3) 78

A equação (6.2) pode ser desenvolvida em série de Fourier,





   v( t )  AJ 0 (m) cos c t   J m (m) cosc  nmodt   (1) n cosc  nmodt   n 1  

(9.4)

Onde J0, J1, . . . Jn são funções de Bessel de primeira espécie e ordem 0, 1,2,3 . . . que representam as harmônicas de ordem 1,2,3,...., nas frequências c + mod , c -mod , c+ 2mod , c-+2mod .... A largura de faixa que contém 99%, da energia do sinal(ou seja 0,99.A2 ) é dada pela fórmula de Carson,

B = 2fmod (m + 1) = 2(f + fmod) = 2(mfmod + fmod)=2fmod(m+1)

(6.5)

Onde f é o desvio máximo da freqüência. O espectro do sinal FM dado na Eq. 9.4 foi calculado quando o sinal modulador é uma senoide pura. Para o caso do sinal modulador ser um sinal que não seja senoide pura mas a voz ou imagem a fórmula de Carson continua sendo válida. Neste caso precisamos apenas substituir fmod por fmax. B = 2(f+fmax)

(6.7)

Onde fmax é a frequência máxima do sinal modulador. A relação sinal/ruído na entrada e saída de um demodulador de FM, é dada por,

S / N0   C 

 N i

x 3(1  m) m 2 (9.8)

Sendo, (C/N)i = relação sinal/ruído na entrada do demodulador (S/N)o = relação sinal/ruído na saída do demodulador m = índice de modulação do sinal Nota-se que para valores grandes do índice de modulação a relação sinal/ruído aumenta com m. Quando aumentamos o índice de modulação temos como consequência um aumento na largura da banda do sinal. Para aumentar potência recebida de um sinal entre as variáveis disponíveis, temos: a potência do sinal transmitido e a largura de banda. Em comunicações que usa FM podemos então fazer uma troca entre potência e banda. Isto acontece em Comunicações via satélite, onde a potência disponível é 79

limitada, mas por outro lado temos uma largura de faixa muito grande como é o caso da banda Ka( 2500 MHz de banda para comunicações via satélite). Um detector de FM produz na sua saída uma tensão que é proporcional a diferença entre a freqüência instantânea e a freqüência de referência, chamada de freqüência de repouso. A freqüência de referência corresponde a freqüência da portadora. Assumindo que um sinal FM tem uma amplitude rms igual a A, ocupa uma largura de faixa BFI, e é senoidalmente modulada com um valor rms do desvio da freqüência frms. Seja um ruído branco com o valor rms da densidade espectral de potência na banda de FI igual a  (W/Hz), a potência na faixa BFI será  BFI. Para uma portadora de amplitude A, a potência média na entrada do demodulador é A2/2 e a relação sinal ruído será:

A2 / 2 (C / N )i   BFI

(9.9)

Seja a característica do demodulador K. Isto significa que um desvio de freqüência f na portadora produz uma tensão de Kf na saída demodulador. O valor rms da potência disponível na saída do demodulador é proporcional a (Kfrms)2. A densidade espectral de potência do ruído na saída do demodulador de FM quando a entrada for W(W/Hz) é proporcional a f2 conforme a Fig. 9.6 e é dada por,

o=(K/A)2f2 (9.10)

O ruído em alta frequência é demodulada com maior intensidade do que os sinais em baixa frequência. A Fig.9.6 ilustra este efeito que mostra a saída é função de f2.

80

Figura 9.6- Potência na saída de um demodulador FM

Este efeito poderá ser minimizado se usarmos um filtro pré-ênfase na transmissão e um filtro de-ênfase na saída do demodulador de FM, conforme Fig. abaixo.

Figura 9.7- Transmissor usando pre-ênfase e receptor usando de-ênfase. Os filtros de de-ênfase e de-ênfase apresenta possui a configuração dada na Fig.9.8. O filtro pré-ênfase amplifica os sinais de alta frequência na transmissão e o filtro de-ênfase faz a operação inversa atenuando os mesmos sinais de alta frequência, fazendo com que os sinais de alta frequência retornem ao valor original. O filtro de-ênfase atenua os ruídos de alta frequência que foram amplificados pelo demodulador, fazendo com que os efeitos destes ruídos de alta frequência produzidos pelo demodulador sejam minimizados.

81

Figura9.8- Circuito do filtro transferência.

pre-ênfase

e de-ênfase, com suas

características de

As altas freqüências do sinal são amplificados na transmissão pelo filtro préênfase, este efeito precisa ser compensado na recepção atenuando o sinal com o filtro de-ênfase. Para sistemas de transmissão de rádio FM comercial; m=5, fmax = 15 kHz, f1 = 2,1 kHz, f2 = 25 kHz, então , f = 5x15 = 75 kHz Pela fórmula de Carson, B = 2fmod (m + 1) = 2(f + fmod) = 2(mfmod + fmod)=2fmod(m+1) B = 2( 75 + 15) = 180 kHz A largura de faixa usada comercialmente é de 200 kHz, prevendo a banda de guarda. O efeito de usar pré-ênfase e de-ênfase produz uma melhoria na relação sinal ruído de 4 dB. A resposta em freqüência do ouvido humano não é uniforme e supondo de maneira diferente para cada freqüência. Alguns ruídos que aparecem na 82

faixa não serão notados e tudo se passa como a relação sinal-ruído dada pela equação (6.15) será maior, este valor na prática é dado por p = 1,78 ou 2,5 dB, este efeito é chamado de ponderação psofométrica. Reunindo os dois efeitos a equação (6.15) fica,

S / N c

2

 B   f   C / N i  FI   rms  p.  b   f max 

ou na forma de decibel

 f rms    P  W(dB)  f max 

S / Nc  C / Ni  10 log 10  BFI   20 log 10   b 

onde P = 2,5 dB e W = 4 dB que são os efeitos da resposta do ouvido e da pré-ênfase. 9.6- Padrões de Transmissão de TV Os padrões são especificados pelo órgão de normalização de cada país. Nas normas devem estar incluídos os requisitos de amplitude dos sinais de potência de saída e de tolerância para as frequências das portadoras.

9.7- Transmissão por Linha de Visada Nas faixas de VHF e UHF, o rádio se propaga por ondas próximas à superfície terrestre, e não por ondas espaciais provenientes da ionosfera. A distância de propagação é limitada, portanto à linha do horizonte. Tal processo é denominado transmissão por linha de visada. Entretanto, a distância do horizonte para as ondas de rádio é um pouco maior devido aos efeitos da refração. Reflexões. Em seu percurso, as ondas terrestres encontram edifícios, torres, pontes, colinas e outros obstáculos. Quando um objeto é um bom condutor e seu tamanho é uma parcela apreciável do comprimento de onda do sinal, o obstáculo reflete a onda. Na prática, o condutor intercepta a onda do sinal de rádio, que gera uma corrente na obstrução ( como se fosse uma antena) e esta re- irradia o sinal. As reflexões de ondas de rádio podem ocorrer em qualquer frequência, mas é um problema mais comum das faixas de UHF e VHF.

83

9.8- Televisão via Satélite

A melhor maneira de contornar as limitações por linha de visada consiste em instalar a antena transmissora sobre um satélite em órbita. O satélite atua como onda transmissora entre estações terrestres situadas em diferentes locais. As comunicações via satélite tem crescido pelos principais motivos descritos:

     

É um meio de atingir lugares isolados na terra É uma alternativa para os cabos submarinos Uso em lugares distantes para telefonia e televisão Rádio difusão de televisão, música etc. Facilidade de interligar terminais de computadores para transmissão de dados Facilidade de múltiplo acesso

 Órbita Geoestacinária (GEOS) . Uma altitude de posicionamento do satélite de 35.887 km é usada ser o raio da órbita geoestacionária ou síncrona. O período de órbita é de 24 horas. Como resultante o satélite fica estacionário com respeito a qualquer ponto na superfície da terra. Os satélites artificiais colocados em órbitas terrestres provendo meios de comunicação representam, até hoje, o resultado econômico mais importante da tecnologia espacial, sendo atualmente utilizados para transmissão de voz, vídeo e dados e possibilitando a prestação de uma série de serviços como difusão de rádio e televisão, telefonia, comunicação de dados, fax e novos serviços como radiolocalização, telefonia celular, videoconferência, etc., em cobertura mundial. Os satélites de comunicação são repetidores de microondas que, na transmissão terrestre, ficam situados no topo de torres. O satélite é como uma torre extremamente alta e, desta forma, “visível” simultaneamente em muitos pontos da Terra. Para funcionar fixo como uma torre, o satélite tem que estar se movendo à mesma velocidade angular que a superfície da Terra, numa situação geoestacionária que, por motivos físicos, só pode ocorre à altitude de 36 mil quilômetros, numa órbita em torno do equador. 1 O satélite do tipo geoestacionário é também conhecido pela sigla GEOS (Geostationary Orbit Satellite). Essa grande altitude implica um perceptível retardo na transmissão. À velocidade da luz, o tempo para o sinal viajar esses 72 mil quilômetros é de cerca de 1

Isto significa que o satélite geoestacionário fica a uma distância superior a cinco vezes o raio da Terra. Essa atitude é a mesma, não importando a massa do satélite. Para maiores explicações, ver Halliday e Resnick (1991. P. 59, exemplo 9).

84

270 milissegundos, podendo variar um pouco em função da localização das estações terrenas. Por isso, o usuário pode ter que aguardar 540 milissegundos para receber uma resposta do interlocutor. Essa duração é ainda suportável, mas, se a ligação tiver que passar por um segundo satélite, o retardo atingirá 1.080 milissegundos, o que é alto demais. Quando o satélite complementa uma rede terrena, é comum usá-lo para a comunicação numa direção e a rede terrena para a direção oposta. Em ligações transoceânicas, o retorno pode ser efetuado por cabo submarino [cf. Martin (1990. P. 402)]. Devido à atuação de diversas forças, o satélite não fica parado, bem comportado, no mesmo ponto em que foi colocado. As principais forças agindo sobre ele são a atração variável exercida pelo Sol e pela Lua, bem como a radiação solar e a atmosfera residual.2 Determinam-se para o satélite intervalos de tolerância dentro dos quais ele pode se deslocar, o que envolve sua posição (altitude, latitude e longitude) e atitude. Para mantê-lo dentro dessa “caixa” ou “box” no espaço, ele é dotado de jatos que permitem aplicar forças corretivas. Toda vez que o satélite se aproxima da face do box, um pulso de jato é disparado para movê-lo na direção oposta. Esses jatos são comandados da Terra. O controle do satélite é feito a partir de uma estação terrena altamente informatizada (o centro de controle), que mede e processa todos os dados relevantes à posição e atitude do satélite, transmitindo de volta os comandos necessários para disparar os jatos e mantê-lo no lugar, dentro das tolerâncias permitidas. O disparo dos jatos consome o combustível disponível numa quantidade limitada no satélite, cuja sobrevida é determinada, em primeiro lugar, pela quantidade de combustível remanescente, em segundo, pela duração dos componentes eletrônicos. Por esse motivo, é necessário otimizar os disparos, de modo que as manobras necessárias para manter o satélite em posição sejam tais que minimizem o consumo de combustível, o que exige uma complexa modelagem e muita computação. Quando o combustível atinge um nível mínimo, e antes que ele se esgote completamente, é necessário lançar um satélite de reposição. O termo geração é usado para definir cada reposição. O Brasilsat, que é o satélite doméstico brasileiro, será reposto em junho de 1994. No Brasil, a primeira geração é designada pela letra A e a Segunda pela letra B. Em geral, põe-se um satélite de reversa na frota para que a perda de um deles não provoque interrupção nas comunicações. Usa-se o algarismo 1 para o primeiro satélite lançado e o 2 para o segundo. A frota Brasilsat compõe-se de dois satélites, o A1 e o A2, que serão substituídos pelos Brasilsat B1 e B2.3 Após a reposição, usa-se combustível residual do satélite antigo para descartá-lo, lançando-o ao espaço. Pode-se também vendê-lo para empresas que compram satélites usados e os utilizam durante sua sobrevida, em outra posição orbital, para o qual ele é deslocado usando parte do combustível remanescente. 2

Há também uma força derivada da não-circularidade do campo gravitacional terrestre que faz com que o satélite tenda a se deslocar para leste ou oeste. 3 a) Não é necessário ter um satélite de reserva para cada um da frota. Geralmente, frotas de vários satélites possuem apenas um backup em órbita. Algumas vezes, mantém-se um satélite de reposição pronto em terra para reposição de um backup que tenha assumido o lugar de um permanente. b) Em outras frotas, os algarismos representam a geração; as letras, as unidades.

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Outro motivo para a necessidade de duplicar o satélite está nos eclipses. Quando o satélite passa pela sombra da Terra ou da Lua, as células solares param de funcionar. Atualmente, as baterias dos satélites fornecem energia durante esses eclipses. Outra situação é quando o sol fica exatamente atrás do satélite, provocando um ruído eletromagnético tão alto que virtualmente desabilita a comunicação. É uma espécie de eclipse que acontece durante uns 10 minutos em cinco dias consecutivos, duas vezes por ano. A existência do satélite reserva assegura que a comunicação continue sem interrupção durante esses episódios. Para manter a estabilidade, o satélite, como o Brasilsat, gira em torno de seu próprio eixo. Esse tipo de satélite, chamado spinner, se parece com uma enorme lata de conservas com uma das tampas aberta. A tampa é a antena, e um mancal especial permite que ele fique sempre apontada na mesma direção enquanto o corpo do satélite gira. O corpo do satélite é coberto de células solares. Atualmente, estão sendo desenvolvidos satélites, chamados body-stabilized, que possuem giroscópios internos e não precisam permanecer em rotação. Dentre esses, cabe mencionar o Hughes HS-601, um satélite grande projetado especialmente para difusão de televisão e cujo corpo é um cubo de cerca de 4.25 metros de lado (14 pés). As células solares estendem-se lateralmente fazendo a envergadura de 26.2 metros (86 pés), equivalente a um edifício de oito andares. A massa do satélite é de 2.7 toneladas (seis mil libras), e a potência do sinal chega a 120 watts por transpônder, comparado com 10 watts no caso dos spinners. O HS-601 permitirá que se receba televisão de alta qualidade, direto do satélite, com antenas de 46 centímetros de diâmetro (18 polegadas) [cf. Kupfer (1993)]. Frequências de Enlaces. As microondas são utilizadas na comunicação via satélite, a fim de permitir direcionamento dos sinais de rádio. Enlace de subida usa frequências entre 5,9 – 6,4 GHz na banda C. Os enlaces de descida utilizam frequências na faixa de 3,7-4,2 GHz. O satélite normalmente dispõem de transponders , cada satélite possui um determinado número de transponders, mas normamente este número varia de 24 até 27. Cada transponder na banda C dispõe de 500 MHz de largura de faixa que inicialmente era usada para transmitir um canal de TV em FM. No Brasilsat, o sinal de subida para satélites comerciais é transmitido em freqüências que vão de 5.925 a 6.425 gigahertz, enquanto o sinal de descida é retransmitido na faixa de 3.700 a 4.200 gigahertz [cf. Embratel (1984, p. 13)]. Estas faixas específicas de frequência para subida e descida são chamadas de banda C.4 Para simplificar, diz-se que a banda C é 6/4, significando 6 gigahertz na subida e 4 na descida. A largura total de cada faixa na banda C é de 500 megahertz. Cada transpônder do Brasilsat tem a largura de 36 megahertz, tanto na primeira quanto na Segunda geração.

4

A direção satélite-terra utiliza as freqüências mais baixas da comunicação porque nelas a atenuação sofrida na propagação é menor, proporcionando um sinal mais potente na recepção.

86

A alocação do espectro eletromagnético no mundo é coordenada pela União Internacional de Telecomunicações (UIT),5 que promove a World Administrative Radio Conference (WARC), nome que mudou, em dezembro de 1992, para World Radiocomunications Conference. As mais recentes dessas conferências, que convencionam a alocação de faixas conforme o uso, foram realizadas em Torremolinos (Espanha), em fevereiro de 1992, e em Genebra, de 15 a 19 de novembro de 1993. A banda C foi a primeira a ser alocada para transmissão comercial por satélites, mas alguns problemas ainda persistem:  

Sua faixa de freqüência total de 500 megahertz revelou-se estreita demais para acomodar a demanda, provocando congestionamento na alocação: e a mesma freqüência é usada por sistemas terrestres de microondas, obrigando as estações a se localizarem longe dos circuitos terrestres para evitar interferência, inclusive fora dos centros urbanos.

Por isso, foram alocadas duas outras bandas para satélites comerciais, Ku e Ka, que são muito mais largas e exclusivas para comunicações via satélite, eliminando o problema da interferência com circuitos terrestres. As antenas para operação nessas bandas podem ser instaladas nos topos de edifícios em grandes centros urbanos e, além disso, as freqüências são mais altas, o que permite que as antenas usadas sejam bem menores. Nos Estados Unidos, a banda Ku tende a ser tornar a freqüência mais usada nas comunicações corporativas. A maior parte dos satélites contemporâneos tem transpônderes para banda C e/ou Ku. A banda Ka opera com freqüências ainda maiores (30 gigahertz na subida e 20 na descida), e sua largura é de 2.500 megahertz, a maior já concedida pela UIT para esse uso, proporcionando às operadoras amplo espaço para expansão. Como as tecnologias que permitirão sua utilização eficaz ainda estão em desenvolvimento, ela ainda é considerada experimental. Não obstante, há pelo menos um satélite operando na banda Ka, o Olympus I, lançado em 1989. A banda C exige antenas terrenas grandes, de cerca de 10 metros de diâmetro. Freqüências mais altas, como as das bandas Ku e Ka, permitem o uso de estações mais baratas. Os diâmetros das antenas reduzem-se a 1,5 metro para a banda Ku e 1,0 metro para a banda Ka. Outras bandas de freqüência alocadas pela UIT para uso em satélites estão na tabela a seguir [cf. Fonseca (1991, p. 38), Martin (1990, p. 393) e Davidson (1992, p. 066)]. Nome da Faixa L C

Freqüência (GHz) 1,6/1,5 6/4

Largura (MHz) 15 500

Uso Móvel Fixo

5

O nome original da UIT é International Telecommunications Union (ITU), organização baseada na Suiça que, em outubro de 1992, congregava 174 países e é responsável por: a) regulação e planejamento das telecomunicações: b) normalização de equipamentos e sistemas: e c) coordenação e distribuição da informação no mundo. Cf. Como ficou...(1992).

87

X Ku Ka

8/7 14/11 30/20

500 2.500

Militar Fixo Experimental

Como mencionado anteriormente, as bandas comerciais mais usadas no mundo são a C e a Ku, sendo que a banda Ka é a que oferece maior potencial para expansão dos sistemas via satélite [cf. Martin (1990, p. 395)]. O Brasil adotou a banda C, enquanto os Estados Unidos usam as bandas C e Ku e, para seu sistema doméstico de comunicação via satélite, chamado Nahuel, a Argentina também escolheu uma configuração com as bandas C e Ku [cf. Maas (1993)]. A opção do Brasil por satélites sem banda Ku é atribuída á incidência pluviométrica, principalmente na Amazônia, pois a chuva tropical atenua o sinal. Não obstante, os satélites mais recentes possuem potência para amplificar o sinal de forma a vencer essas barreiras, como, por exemplo, o PAS-3, da empresa privada PanAmSat, que será um HS-601 que emitirá um forte sinal em banda Ku para toda a América do Sul. Consta da tabela anterior uma faixa chamada banda X, para uso militar. Um dos transpônderes do Brasilsat operará nessa faixa, que ficará à disposição do Estado-Marior das Forças Armadas (Emfa). Portanto, dos 28 transpônderes do Brasilsat B, 27 estarão disponíveis para aplicações civis. A transmissão via satélite usa modulação FM em transmissão analógica, usando uma faixa de um transponder (36 MHz) ou meio transponder( 18 MHz).

Transmissão por linha de visada Nas faixas de VHF e UHF, o rádio se propaga por ondas próximas a superfície da terra e não por ondas espaciais provenientes da ionosfera. A distância de transmissão é limitada, portanto , a linha do horizonte. Tal processo é denominado transmissão por linha de visão. Entretanto, a distância do horizonte para as ondas de rádio é um pouco maior, devido ao efeito de refração. A altura acima do solo é importante para as antenas transmissoras e receptoras. Assim por exemplo, a distância do horizonte gira em torno de 32 km, para a antena situada a 60m , e de 80km se ela estiver a 300m. A distância por linha de visada deve também acrescentar também a distância de horizonte da antena receptora. A potência recebida por uma antena é dado pela fórmula de Friis,

PR ( dBm)  PT ( dBm)  GT ( dBi)  G R ( dBi) - 20 Log(rkm ) – 20 logfMHz – 32,44

PR(dBm) = potência do sinal recebido em dBm 88

PT(dBm) = potência do sinal transmitido em dBm GT(dBi) = ganho da antena transmissora em dBi GR(dBi) = ganho da antena receptora em dBi

Dipolo Horizontal de meia onda A antena básica para transmissores e receptores, na faixa de VHF, é o dipolo de meia onda. Esse tipo de antena é chamado de ressonante, significa que um comprimento específico é o melhor para uma determinada frequência. A extensão total de dipolo de meia onda pode ser calculada por L=1500/f, onde L é dado em metros e f, em MHz. A título de exemplo, para uma frequência de 100 MHz, a extensão de uma meia onda é de 1,5m. Polarização da antena A direção de polarização das ondas de rádio é definida como o plano do campo elétrico com um magnético perpendicular. E m termos práticos, uma antena horizontal irradia uma onda eletromagnética com polarização horizontal e uma antena vertical produz um campo de polarização vertical. No passado, as normas para os transmissores de TV recomendavam a polarização horizontal. Ela está substituída, porém pela polarização circular. 

Antenas e Transpônderes

As antenas podem ser onidirecionais, quando transmitem em todas as direções, ou direcionais, quando concentram a transmissão num feixe cônico dirigido numa direção. Geralmente, a concentração do feixe é conseguida dando à antena um formato parabólico. Tanto os satélites quanto as estações terrenas possuem antenas direcionais, geralmente parabólicas.6 A antena terrena é apontada para o lugar no espaço onde se encontra o satélite, cuja antena é apontada para a área da terra que se deseja cobrir. Em teoria das antenas pode se demonstrar que ,

Gr 

4Ae

2

6

A parábola possui a propriedade de refletir em linhas paralelas todos os raios emitidos a partir de seu foco geométrico. Da mesma forma, ela reflete e concentra no foco todos os raios paralelos recebidos. Toda a energia transmitida por uma antena parabólica fica concentrada num feixe (em contraste com a antena onidirecional, que transmite em todas as direções). Por isso, a antena parabólica é usada para transmissões direcionais.

89

2

4 D 2  D  Gr  2 .    4    

Substituindo em (5.6),

   Pr  Pt Gt G r    4R 

2

Definimos como perda no espaço livre Lp que á dada por,  4R  Lp      

2

As antenas das estações terrenas são muito maiores que as dos satélites. Como em terra a energia é abundante, nas estações terrenas colocam-se equipamentos de alta potência e antenas de grande diâmetro, tanto para transmissão quanto para recepção, o que permite, em contrapartida, que no satélite sejam colocados equipamentos de potência bem mais baixa e antenas bem menores. A antena tem que ser fabricada com grandes precisão dimensional. Os satélites possuem repetidores, chamados transpônderes, cuja função é simplesmente de receber o sinal transmitido numa freqüência, amplificá-lo, convertê-lo para outra freqüência e retransmiti-lo. Um satélite de comunicação pode ter de 12 a 50 transpônderes, dependendo do tamanho. O sinal é recebido numa faixa de freqüência, chamada uplink, e retransmitido noutra, chamada downlink, para evitar interferência entre os sinais de subida e descida. A primeira geração do satélite doméstico brasileiro, o Brasilsat A, tem 24 transpônderes, enquanto a Segunda, o Brasilsat B, terá 28 transpônderes. Em ambas as gerações, cada um desses transpônderes corresponde a uma largura de faixa de 36 megahertz. Em geral, nos satélites contemporâneos, a faixa de freqüência dos transpônderes varia entre 36 e 75 megahertz. Em princípio, quanto maior a largura de faixa, maior a quantidade de informação que se pode transmitir simultaneamente. Como a imagem contém mais informação, por exemplo, que a voz, um sinal de TV consome mais espaço (largura de faixa) no transpônderes que um sinal de som. No estágio tecnológico de 1984, um transpônder de 36 megahertz dava para 1.200 canais de telefonia ou um canal de TV. Hoje, a evolução tecnológica na compressão de sinais analógicos e digitais, bem como na digitalização de sinais analógicos, permite que num transpônder de 36 megahertz se transmitam até 10 canais de TV. Portanto, os 28 transpônderes do Brasilsat B representam um enorme aumento de capacidade de comunicação simultânea. Até 1997, a Embratel deverá ter digitalizado um total de 21.120 canais de suas estações de satélite dedicadas à telefonia pública [cf. A Embratel ... (1993)]. 90

Os transpônderes disponíveis para uso pela Embratel não se limitam ao seu satélite próprio, o Brasilsat, pois a empresa também aluga transpônderes em satélites cooperativos multinacionais, como o Inmarsat e o Intelsat. Portanto, para saber a capacidade total brasileira seria necessário somar os transpônderes usados pela Embratel em todos esses satélites. Há uma tendência de aumento da potência dos satélites, o que pode ser ilustrado pela frota Intelsat. As células solares do Intelsat VIII fornecem potência de quatro quilowatts, 54% mais que o Intelsat VI e quatro vezes mais que o antigo Intelsat V.

Figura 9.9- Enlace de subida e descida de uma comunicação via satélite.

A Estação receptora terrestre O principal problema com as estações receptoras terrestres é a pequena intensidade do sinal enviado pelo satélite, q quase 36 mil quilômetros de distância. A potência de saída de um satélite é normalmente de 5 W; entretanto a antena tem ganho de mil, gerando uma potência efetivamente irradiada de 5000 W. Considerando uma perda de -196 dB durante a transmissão, o sinal do receptor será apenas de 1,2x10-16 W. Empregando uma grande antena parabólica com um ganho de 10 mil, porém, e um amplificador de baixo

91

ruído(LNA), especial para receber de microondas, a estação receptora é capaz de receber sem problemas os sinais provenientes do satélite. Questões Múltipla escolha Escolha entre as alternativas, (a), (b), (c) e (d). 1. A portadora modulada de imagem inclui o sinal composto de vídeo como (a) o nível médio da portadora; (b) a envoltória simétrica das variações de amplitude; (c) a banda lateral inferior, sem a banda superior, (d) a envoltória superior sem a inferior. 2. Qual das seguintes afirmações é correta ? (a) Transmissão negativa significa que a amplitude da portadora diminui no preto; (b) transmissão negativa significa que a amplitude da portadora diminui no branco;(c) transmissão por banda lateral vestigial significa que tanto a banda lateral superior como a inferior são transmitidas em todas as frequências moduladoras; (d) transmissão por banda lateral vestigial significa que o sinal da portadora de imagem possui apenas a envoltória superior. 3. Em todos os canais de TV, a diferença entre as portadoras de som e imagem é de: (a) 0,25 MHz; (b) 1,25 MHz; (c) 4,5 MHz; (d) 6 MHz. 4. A diferença entre as portadoras de som entre dois canais adjacentes é de : (a) 0,25 MHz; (b) 1,25 MHz; (c) 4,5 MHz; (d) 6 MHz. 5. Com um sinal de vídeo de 0,5 MHz modulando uma portadora de imagem a) tanto as frequências lateral superior como a inferior são transmitidas; (b) somente a frequência lateral superior transmitida;(c) somente a frequência lateral inferior é transmitida; (d) não é transmitida nenhuma frequência lateral. 6. Defina transmissão negativa e cite uma vantagem. 7. Cite uma vantagem e uma desvantagem da transmissão por banda lateral vestigial. 8. Para cada um dos seguintes canais dê as frequências das portadoras de imagem e som, além de sua separação em frequências : 2,5,7,13,14,83. Problemas 9.

Calcular o ganho do demodulador FM de um sistema de transmissão de TV via satélite modulada em FM, supondo que a banda usada é de 18 MHz e a largura de faixa em banda base é de 4 MHz. 10. Calcular o ganho do demodulador FM de um sistema de transmissão de voz via satélite modulada em FM, supondo que a banda usada é de 30 KHz e a largura de faixa em banda base é de 4 KHz. 11. Um satélite emite uma onda CW de11,7 GHz e está localizado à 38 000 km de distância da estação terrena. A potência de saída é de 200 W, e alimenta uma antena com 18,9 dB de ganho. A estação terrena possui uma antena de 12 pés de diâmetro e tem uma abertura com eficiência de 50 %.

92

CAPITULO 10

RECEPTORES DE TV PRETO-E-BRANCO

Os receptores de Comunicações usados em rádio, televisão, satélite, etc. são do tipo heteródino. Estes receptores sempre convertem o sinal para uma frequência itermediária(FI), para depois fazer a demodulação. Normalmente estes receptores são constituídos dos blocos mostrados na Fig. 10.1.

Figura 10.1- Receptor super heteródino.

- Amplificador de rádio frequência (RF) O sinal recebido pela antena é amplificado pelo amplificador de RF, que possui as características de ganho elevado e baixo ruído. Isto se explica pelo fato de que se o mesmo é ruidoso, o seu ruído interno irá se amplificar ao passar pelos outros amplificadores.

- Misturador O misturador desloca a informação para a frequência intermediária(FI). Este dispositivo em geral produz uma atenuação no sinal e introduz ruído, sendo assim a parte que mais produz ruído em um receptor super heteródino.

Considerando o sinal de entrada no misturador f(t), a saída do mesmo será: ‘ 93

𝑓(𝑡) ∗ cos ωo t Se a transformada de Fourier for F(ω), então , f(t) -------------- F(ω) 𝑓(𝑡) ∗ cos ωo t

---------------- F(ω-ωo ) + F(ω+ωo )

O sinal depois do misturador será transladado de ± ωo . Supondo inicialmente que o sinal f(t) esteja na faixa (f1,f2), o mesmo irá para faixa ( f1+fo,f2+fo) e (f1-fo,f2-fo). Sendo assim uma frequência f1 irá para f1+fo e f1-fo. Se a frequência fo for maior do que f1, a translação de frequência será para f1+fo e fo-f1. Normalmente em sistemas de televisão fo é maior do que f1, como por exemplo para o canal 7, a portadora de vídeo f1=175,25 MHz e fo = 221 MHz e a relação abaixo é sempre estabelecida, fo-f1 = 45,75 MHz

A frequência fo é a frequência do oscilador local. Quando sintonizamos um canal, alteramos fo, de tal modo que iremos captar o canal em que a frequência da portadora de vídeo (f1) obedeça a relação fo-f1 = 45,75 MHz. A frequência de 45,75 MHz é chamada de frequência intermediária (FI) para os sistemas de transmissão de televisão terrestre. Vários outras frequência intermediárias são usadas na prática: Rádio AM - 455 kHz Rádio FM - 10,8 MHz Receptor de satélite - 70 MHz - Amplificador de frequência intermediária (FI) O amplificador de FI é um amplificador sintonizado na frequência intermediária mas que atua em toda a faixa do sinal informação, sendo então um amplificador faixa larga. No caso da televisão terrestre ele possui uma resposta em uma faixa de 6 MHz, variando de 41 até 47 MHz. - Demodulador O demodulador converte o sinal para a banda base para ser aplicado no amplificador de potência, no caso de TV, o amplificador de vídeo. Em sistema de rádio AM-DSB o demodulador é um detector de envoltória. No caso do sinal de vídeo de TV a modulação é do tipo AM-VSB e o demodulador é constituído de um diodo que faz um batimento 94

produzindo um sinal de vídeo transladado para a banda base. No caso do som o demodulador é um circuito mais complexo como será visto mais adiante.

- Amplificador de potência (som, imagem, etc.) O amplificador de potência é o último amplificador do sistema de recepção, no caso de TV ele normalmente é chamado de amplificador de vídeo. Este amplificador amplifica o sinal em banda base para alimentar o cinescópio da TV, produzindo a imagem na tela. No caso de equipamento de som este amplificador é um amplificador que produz uma corrente necessária para alimentar a caixa de som.

- Temperatura de Ruído de um receptor A temperatura de ruído de um receptor até o demodulador é dada por: T = TRF + Tin + TM/GRF + TFI/(GRFGM) T=temperatura de ruído do sistema até o demodulador,

TRF = temperatura de ruído interno do amplificador de RF, TM = temperatura de ruído do misturador( normalmente alta), TFI = temperatura de ruído do amplificador de FI. Tin = temperatura de ruído externo ou temperatura da antena. Podemos observar que a temperatura de ruído do sistema de recepção é altamente dependente da temperatura de ruído do amplificador de RF e do ganho do mesmo. Um bom receptor precisa ter um amplificador de RF com baixa temperatura de ruído( TRF<20K) e alto ganho ( normalmente G>1000).

Vamos agora analisar o receptor de um sistema de televisão preto-branco. Hoje não se usa mais este tipo de televisor, mas por motivos didáticos estudaremos o funcionamento do mesmo para depois com um pequeno up-grade explicarmos o receptor de TV a cores analógico e digital. A Fig. 10.2 mostra o diagrama de um receptor monocromático. Os blocos contidos na área sombreada indicam os circuitos dos sinais de RF e FI. O receptor é, basicamente, um circuito super-heteródino; um oscilador local existente no sintonizador de RF faz batimento com o sinal de RF, convertendo-o ao nível das frequências intermediárias, para o amplificador de FI; assim todos os sinais de RF das diferentes estações são convertidas para os mesmos valores de FI do receptor. Os valores padronizados de FI 95

96

Alto falante Amplificador De som De 4,5 MHz

Amplificador Amplificador De áudio de áudio

Detector de som de 4,5 MHz

CRT

Amplificador De RF

Mixer Mixer

Detector De video

Amplificador de FI

anodo

Amplificador De video

CAG

Oscila dor local

Oscilador de deflexão vertical

Amplificador

Separador de sinc

Amplificador CAF

Oscilador H

Retificador AT

Figura 10.2- Diagrama em bloco de um receptor de TV preto e branco

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para receptores de TV são, para o nosso sistema: 45,75 MHz para a portadora de FI de imagem e 41,25 MHz para a portadora de FI de som.

O sinal de Som. Na saída do detector de vídeo está incluído o sinal de som de 4,5 MHz. Este sinal é produzido por um segundo processo de heterodinagem no qual o sinal de FI de som, em 41,25 MHz, faz batimento com a portadora de FI de imagem situada em 45,75MHz. A diferença de frequência é de 45,75 – 41,25 = 4,5 MHz. O sinal de som é extraído por uma armadilha de 4,5 MHz e entregue a um amplificador FI de banda estreita, sintonizado nessa frequência. Em seguida a modulação original de frequência é recuperada por um detector de FM, como por exemplo, o detector de relação , a fim de produzir a desejada saída de áudio. Saída do Detector de Vídeo. O detector não passa de um pequeno diodo semicondutor, mas devido ao processo de retificação são obtidos dois sinais: 1- O sinal de vídeo composto para o amplificador de vídeo que excita o tubo de imagem. a- O separador de sincronismo, b- O controle automático de ganho. 2- O sinal FM de som de 4,5 MHz . O trajeto do sinal de vídeo. O sinal de vídeo dirigido ao tubo de imagem controla a corrente de feixe e, portando, o brilho do ponto de varredura. Trajeto do Sinal de Sincronismo. O separador de sincronismo é um circuito amplificador mantido no corte, mas levando-o `a condução sempre que os pulsos de sincronismo estão presentes. Os pulsos de sincronismo separados é enviado aos osciladores de varredura horizontal e vertical.

10.2- Blocos Funcionais de Sincronismo e Deflexão. Podemos considerar os osciladores de deflexão horizontal e vertical como o ponto de partida no processo de deflexão. Ambos são constituídos por um circuito de oscilação livre, que gera uma saída com ou sem sinais de entrada. Utiliza-se, porém, uma entrada de sincronismo para controlar a frequência do oscilador. A saída do oscilador excita um amplificador de potência, que atua como gerador de varredura, produzindo o nível adequado de corrente dente de serra nas bobinas da unidade defletora. Por que utilizar oscilador de deflexão ? Na prática, os pulsos de sincronismo separados poderiam ser usados para produzir diretamente a necessária corrente de varredura. Essa ideia está ilustrada na Fig. 10.3 que mostra um gerador dente de serra acionado por pulsos. O capacitor C é carregado 98

através do resistor R a partir da tensão DC de alimentação enquanto o transistor Q1 está cortado. Esse transistor não conduz porque não dispõe de polarização direta. Assim um pulso positivo de sincronismo leva Q1 a condução porém C descarrega –se rapidamente pelo transistor. Esse é o método mais genérico para se gera tensão dente de serra, sendo uma constante de temo RC de carga longa, quando comparada com o intervalo ente os pulsos. Entretanto, um circuito como o da Fig. 10.3 não iria produzir nenhuma corrente de varredura na ausência de sinal. Mesmo uma perda momentânea de sincronismo poderia provocar o colapso da deflexão. A solução, portanto é desenvolver as correntes de varredura a partir de sinais de deflexão que estejam sempre presentes, como ou sem sincronismo. Isto requer o uso de osciladores de deflexão de oscilação livre que sejam presos pelos pulsos separados de sincronismo , a fim de controlar a frequência.

Figura 10.3- Circuito de um gerador dente de serra excitado.

Sincronizando os Osciladores de Deflexão. Utiliza-se o disparo direto no oscilador vertical.

Figura 10.5- Perda de sincronismo vertical.

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Figura 10.6- Circuito PLL.

Corrente de Varredura no Yoke. A saída do oscilador deve ser amplificada, a fim de produzir corrente suficiente nas de deflexão. Produzir a potência de saída necessária é função dos amplificadores vertical e horizontal de deflexão, conforme está indicado no diagrama de blocos do receptor da Fig. 10.2.

Corrente de Varredura Vertical. A reatância indutiva das bobinas de deflexão vertical é pequena em 60 Hz, se comparada à resistência efetiva.

Figura 10.7- A perda de sincronismo horizontal faz com que a imagem desfaça em barras diagonais.

Corrente de Varredura Horizontal. A forma de dente de serra apresenta um problema diferente neste caso, devido à elevada reatância indutiva da bobina defletora, em consequência da variação muito rápida da corrente de deflexão. 100

Figura 10.8- Problemas na deflexão vertical, (a) pouca amplitude da varredura, (b) falta de linearidade vertical.

10.3 – Controle Automático de Ganho. Este circuito produz uma polarização DC para o controle automático de ganho nos amplificadores de RF e FI.

Figura 10.9- Circuito CAG ( controle automático de ganho)

10.4 – Requisitos de Alimentação DC

10.5- Seção de RF O sintonizador de RF é parte conversora de frequência do receptor super-heteródino. O sintonizador recebe os sinais da antena em todas as frequências. Tais sinais são convertidos em uma única faixa de frequências, na banda passante de FI, para o 101

amplificador de FI com sintonia fia. A saída do sintonizador de RF é o início da secção de FI. Canais de VHF e UHF. O sintonizador em geral é composto, na prática por duas unidade : uma delas cobre os canais de faixa de VHF de 2 a 13, enquanto a outra sintoniza os canais entre 14 e 83, da banda de UHF. As duas unidades são montadas num único bloco como se pode ver no receptor da Fig. 10.2. Este conjunto fica montado na parte frontal do gabinete do receptor. Deve se ter em mente que nos sintonizadores por varicap, dotados de seletor com botões de pressão pode-se ter uma única unidade sintonizadora para as duas bandas, e qualquer posição pode ser adotada para um canal de VHF e UHF. Diagrama de Blocos do Sintonizador de VHF Observe a Fig. 10.10. O primeiro estágio do sintonizador de VHF é o amplificador de RF, ou pré-seletor. Sua entrada é o próprio sinal de RF para os canais de TV, seja a partir da antena ou de um cabo. O sinal do canal desejado é então amplificado, a fim de excitar o estágio misturador.

Rede casadora

Amplificador de RF

Misturador

Para o amplificador de FI

Oscilador local Do CAG

Figura 10.10- Diagrama de blocos do sintonizador de VHF

O pré-seletor é um amplificador de rádio frequência sintonizado. Seus circuitos sintonizados são trocados cada vez que um novo canal é selecionado. A largura de faixa é ampla o suficiente para cobrir 6 MHz exigidos em cada canal, a fim de conter portadoras de imagem e som. Tais sinais foram assinalados por P e S na curva de resposta de RF. O ganho do amplificador de RF varia com o nível do sinal de entrada, devido ao controle exercido pela polarização do CAG. Em níveis baixos de sinal o amplificador de 102

RF opera com ganho máximo. Esse ganho é muito importante para se obter uma boa relação sinal/ruído no misturador. Nos receptores super-heteródino o misturador é fonte principal de ruído, responsável pelo chuvisco na imagem. O nível de sinal de RF aplicado ao misturador é , portanto, o principal fator n a relação sinal/ruído do receptor. Assim sendo, o estágio de RF deve funcionar como um amplificador de baixo ruído para os sinais fracos. O estágio misturador recebe dois sinais de entrada : um deles é o sinal amplificado do canal, vindo do estágio pré-seletor, e o outro, o sinal sem modulação enviado pelo oscilador local. O oscilador é sintonizado em uma frequência específica para cada canal e em geral, produz batimento acima das frequências dos canais de RF; a diferença entre as frequências é o valor de FI. Assim, por exemplo , para o sinal da portadora de imagem do canal 7 ( 175,25MHz) a frequência do oscilador é de 175,25 + 45,75 = 221 MHz. É a frequência do oscilador que determina qual dos sinais de canal irá passar pela seção de FI. Um controle de sintonia fina proporcional um ajuste preciso do oscilador, a fim de se obter a melhor imagem possível.

Inversão de Frequência da Saída de FI do Misturador Quando o oscilador local faz batimento acima das frequências de RF as portadoras de imagem e som resultam invertidas em termos de valor. Essa atuação está ilustrada na Fig. 10.11, com os valores numéricos do canal 7( entre 174 e 180 MHz) . Sua portadora de imagem é de 175,25 MHz, (P) enquanto a de som (S) fica em 179,75 MHz. A frequência do oscilador local é de 175,25 + 45,75 = 221 MHz 179,75 +41,25 = 221 MHz

Os valores de FI são produzidos com frequências diferença, resultantes do batimento de P e S com o oscilador , a 221 MHz. O valor de S na saída de DI é menor porque a frequência fica próxima a do oscilador, o que significa menos diferença. As frequências portadoras de RF e FI podem ser tabuladas da seguinte forma:

103

Canal 7 179,75 MHz s

175,25 MHz P

Mistu rador

Oscilador Local 221MHz

FI de som 41,25 MHz

4,5 MHz

FI de imagem 45,75 MHz

Figura 10.11- O processo de heterodinagem inverte as posições relativas das portadoras de imagem e som, dentro do canal de 6 MHz.

Imagem

RF(MHz) 175,25

Som

179,75

Oscilador local 221 MHz 221 MHz

FI(MHz) 221-175,25= 45,75 221-179,75= 41,25

Isolação pelo Amplificador de RF Nesta importante função, o estágio de RF separa o misturador do circuito de antena. O motivo dessa separação reside no fato de que o pré-seletor é sintonizado apenas com as radiofrequências contidas no canal selecionado. Com isso dois problemas são resolvidos: primeiro, qualquer interferência de RF exterior ao canal que possa existir no circuito de antena é atenuada pelo estágio de RF. O segundo problema refere-se a atenuação do sinal estágio de RF no sentido oposto, ou seja, do misturador para a antena. Essa característica é muito importante no sentido de evitar que o sinal do oscilador local, que está localizado na entrada do misturador venha a alcançar a antena. Qualquer irradiação a partir da antena é uma fonte de interferência para os outros circuitos elétricos.

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10.6 – Seção de FI O amplificador de FI aceita apenas as frequências intermediária entregues pelo estágio misturador porque fica sintonizado nessas frequências. O amplificador de FI aceita apenas as frequências intermediárias entregues pelo estágio misturador porque fica sintonizado nessa frequências. Não há praticamente ganho para a entrada original de RF e as frequências de soma. Somente o sinal de FI é amplificado. A principal função da seção de FI é a de elevar o nível do sinal até o ponto em que a envoltória de AM possa ser detectada. Um diodo semi condutor é normalmente usado como retificador de meia onda com a finalidade de detectar o sinal de FI. Faixa de passagem de FI Nos primeiros receptores de TV utilizava-se um sistema de sintonia do tipo escalonado( vários estágios sintonizados em diferente frequências) , a fim de obter a necessária faixa de passagem. Atualmente, o formato da curva global de resposta em FI é determinado principalmente pelo circuito de FI que acopla a saída do misturador, no sintonizador, ao primeiro amplificador de FI. Dessa forma, os sinais indesejáveis são rejeitados antes de serem amplificados, evitando o problema de modulação cruzada nos estágios posteriores. Além disso, armadilhas de onda são utilizadas para rejeitar interferências provenientes de canais indesejáveis. O circuito de saída do misturador costuma ser um transformador duplamente sintonizado com sobre acoplamento. Armadilhas são inseridas no circuito secundário. Essa parte da seção de FI é indicada como sendo o filtro de entrada, à esquerda da Fig. 10.12.

Armadilhas de Onda de FI

Além de proporcionar ganho para o sinal desejado, o amplificador de FI confere ao receptor a necessária seletividade ente canais adjacentes, a fim de rejeitar interferências. A resposta de FI nos limites da faixa de passagem é determinada por circuitos armadilha LC. Tais circuitos promovem um corte nas extremidade da curva de resposta , pela redução do ganho de FI nessa frequências.

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Figura 10.12- Diagrama de blocos de uma secção amplificadora de FI, juntamente com sua resposta.

10.7- Detector de Vídeo O sinal entregue pelo amplificador final de FI excita o detector de vídeo, como se vê na Fig. 10.14. O detector é , normalmente um diodo retificador de altas frequências, com um filtro na saída para desviar os componentes da modulação de FI.

Resposta em frequência do detector Um filtro passa-baixas é usado na saída, a fim de remover a ondulação de FI, mas deixar passar o sinal de vídeo da banda-base. Além disso, o segundo sinal de FI de som (4,5 MHz) é tomado do detector de vídeo , no caso dos receptores preto-branco.

106

10.8- Seção Amplificadora de Vídeo A principal função do amplificador de vídeo é proporcionar a necessária excursão de tensão para excitar o tubo de imagem desde o corte, para o apagamento, até praticamente uma tensão nula entre grade e catodo, para o pico de branco.

Largura de faixa do amplificador de vídeo A amplitude relativa e as relações de fase dos componentes de frequência existentes no sinal de vídeo devem ser preservadas. Teoricamente a plena faixa de 4,2 MHz para a modulação de vídeo pode ser utilizada com o canal comercial de 6 MHz. Na imagem os menores detalhes horizontais correspondem as maiores frequências 10.9- Componente DC do Sinal de Vídeo O componente contínuo do sinal de vídeo indica o brilho relativo da cena, em relação ao nível de apagamento. Na saída do detector de vídeo, o componente DC do sinal ainda está intacto, como foi transmitido. Isto porque o sinal de vídeo está presente apenas na envoltória de modulação do sinal AM de imagem, nos amplificadores de RF e FI.

Figura 10.13- Perda do componente DC afeta o sinal de vídeo, (a) pulsos de sincronismo e apagamento alinhados com o componente DC, (b) o componente DC bloqueado por um circuito de acoplamento RC.

107

Figura 10.14- Efeitos visuais do componente DC, (a) brilho correto,(b) perda do componente DC.

10.10 – A seção FI de Som de 4,5 MHz

Figura 10.15- O sistema de som por interportadora de 4,5 MHz, em um receptor monocromático.

10.11- Consertos dos Circuitos de Sinal Uma interrupção no percurso do sinal, entre os terminais da antena e o tubo de imagem, resulta em ausência de imagem com um quadro branco apenas. Lembre-se que a trama é produzida pelos circuitos de deflexão horizontal e vertical.

108

Algumas observações porém podem limitar o problema às maiores seções de sinal. Assim por exemplo a presença apenas da trama com som norma aponta para uma interrupção no percurso do sinal após o detector de vídeo, onde o sinal de som de 4,5 MHz, é obtido. Esse problema está localizado no amplificador de vídeo. Veja no entanto que o som pode não estar normal devido à perda de excitação no sistema de CAG. A ausência de polarização de CAG provoca a sobrecarga da FI, produzindo um forte zumbido no som.

Figura 10.16- Imagem sobrecarregada

Questões Problemas 1. Calcule as frequências do oscilador ao sintonizar os canais : (a) 6,(b) 7,(c) 13, (d) 14. 2. Combine as funções.

12345678910-

Contraste da imagem Saída do sinal de áudio Controle de ganho em RF e FI Conversor de FI Sincronização da imagem Brilho do quadro Tensões DC do eletrodo Imagem com chuvisco Seletividade entre canais adjacentes Sinal de vídeo da banda-base

a- Misturador b- CAG c- Detector de FM d- Amplificador de vídeo e- Fonte de alta tensão f- Fonte de baixa tensão g- Amplificador de RF h- Armadilhas de FI i- Separador de sincronismo j- Detector de vídeo 109

3. Porque o componente DC do sinal de vídeo é importante na reprodução da imagem? 4. Explique a função da armadilha de onda. Por que se utiliza um circuito LC?

Problemas 5. Um satélite emite uma onda CW de11,7 GHz e está localizado à 38 000 km de distância da estação terrena. A potência de saída é de 200 W, e alimenta uma antena com 18,9 dB de ganho. A estação terrena possui uma antena de 12 pés de diâmetro e tem uma abertura com eficiência de 50 %. a- calcular a EIRP do satélite em W, dBW, e dBm b- Calcular o ganho da antena receptora em dB c- Calcular a perda no percurso em dB d- Calcular a potência do sinal recebido em W,nW e dBm. 6. Se a temperatura de ruído da estação terrena do problema 1 é 1250 K , determinar: a – O valor de G/T da estação terrena em dBK-1 b – A potência de ruído em de ruído em uma banda de 100 MHz em dBm c- A relação portadora ruído em dB na banda de ruído de 100 MHz 7. Uma estação terrena entrega ao sistema de recepção uma potência de -119 dBm. A antena possui uma temperatura de ruído de 68 K. Seguindo a antena há um guia de onda com perda de 1 dB e temperatura física de 295 k. a saída do guia de onda é conectado ao um amplificador GaAsFET com uma figura de ruído de 4 dB e ganho de 25 dB. Seguindo o amplificador há um mixer com figura de ruído de 12 dB. Calcular: a- A temperatura de ruído do amplificador GaAsFET b- A temperatura de ruído do misturador c- O efeito da temperatura de ruído do guia d- A temperatura de ruído total do receptor referenciada à saída da antena e- A temperatura total de ruído do receptor referenciada à entrada do GaAsFET f- A relação portadora-ruído para uma faixa de 200 MHz. 8. Um satélite transmite um sinal de TV em FM na faixa de 36 MHz com uma portador de 34 dBW de EIRP. Assumindo uma distância de 40 000 km e a freqüência central de 3 700 GHz, determinar a relação (C/N) em decibels para todos as combinações do parâmetros C a- Diâmetro das antenas 3;4,5 e 6m ( todas tendo uma eficiência de 55 %) b- A temperatura de ruído – 90 K c- A temperatura de ruído 120, 150 e 170 K. Desprezar a perda nos guias de onda. com um backoff na entrada e saída do satélite de 4 dB. Determine o seguinte: 110

a- A EIRP do transmissor do enlace de subida e descida do satélite em W e dBW. b- A relação portadora-ruído do enlace de subida em dB (C/N)ts d- A relação portadora-ruído do enlace de subida (C/N)es em dB e- A relação portadora-ruído total (C/N)e em dB

CAPÍTULO 11

CIRCUITOS DE VARREDURA E SINCRONISMO

Separação de Amplitude e Forma de Onda do Sincronismo Os pulsos de sincronismo utilizam as amplitudes de pico do sinal composto de vídeo transmitido e incluem os pulso H, V e de equalização. As formas de onda de sincronismo são descritos com mais detalhes no Cap. 7, mas podemos resumir seus pontos principais: 1. Os pulsos de sincronismo H são estreitos, exibindo uma largura de 4,75 µs. 2. Os pulsos de sincronismo V são bem mais largos. São de forma serrilhada e cada um deles inclui seis pulsos de meia linha, totalizando três linhas de largura, equivalente a 190,5µs. 3. Os pulsos equalizadores são repetidos a intervalos de meia linha (31500 Hz), como o serrilhado dos pulsos de sincronismo vertical. Um grupo de seis ocorre imediatamente antes de cada um desses pulso V, para igualar a sincronização vertical nos campos pares e ímpares e garantir um bom entrelaçamento. O integrador é um filtro RC cuja função é remover tudo, exceto os pulsos de sincronismo vertical. Uma longa constante de tempo RC permite que C seja carregado somente durante o período de pulso de sincronismo vertical. A saída do integrador fornece pulso de gatilho que mantem o oscilador vertical em 60 Hz. Sem a presença da sincronização vertical, a imagem rola para cima ou para baixo ou para cima. O circuito CAF horizontal é um PLL que fornece uma tensão DC de controle que mantém o oscilador horizontal na frequência dos pulsos de sincronização horizontal. Separação de Sincronismo Normalmente, esse estágio é mantido no corte. Entretanto, o sinal composto de vídeo é aplicado com uma polaridade específica de modo que apenas as amplitudes de 111

sincronismo levem o amplificador a conduzir. Como resultado, a saída é o pulso de sincronismo separado do sinal composto de vídeo. A entrada de vídeo em um típico separador de sincronismo aparece na Fig. 11.1.

Figura 11.1- Atuação do separador de sincronismo visualizada em um osciloscópio,

11.3 Integrador do Sincronismo Vertical Os pulsos de sincronismo vertical são separados do sincronismo total usando-se a diferença de duração existente entre os pulsos V e H. A filtragem é então efetuada por um circuito integrador que é basicamente um filtro RC, como se vê na Fig.11.2. A forma de onda de entrada vista no alto da Fig. 11.3, é o pulso completo de sincronismo.

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Figura 11.2- Efeito do circuito RC na filtragem por um integrador. 11.4 Deflexão Vertical O circuito de varredura vertical tem início no oscilador vertical, como se vê na Fig. 11.3a. . O oscilador produz uma saída, independente de estar sincronizado ou não. Para todo o circuito de deflexão o oscilador aciona um amplificador de potencia, que é o estágio de saída vertical. O oscilador de deflexão é de relaxação, utilizando tanto o oscilador de bloqueio como o circuito multivibrador.

113

Figura 11.3- Diagrama em blocos da deflexão vertical.

11.5 Problemas na Varredura Vertical

A perda de corrente de deflexão nas bobinas verticais resulta na ausência de varredura vertical. O quadro então se reduz a uma única linha horizontal brilhante na tela.

11.5 Sincronismo e Deflexão Horizontal

O diagrama de blocos de um típico sistema de deflexão horizontal pode ser visto na Fig. 11.4. Então aí incluídos o oscilador de deflexão horizontal, um excitador e um amplificador de potência no estágio de saída para varredura. O oscilador usa um oscilador de bloqueio ou um circuito multivibrador produzindo um sinal de 15.700 Hz para a deflexão que produz as linhas de varredura horizontal. A ideia é basicamente similar a do circuito de varredura vertical, mas devido a maior frequência da varredura H, existem importantes diferenças. 1. A frequência do oscilador horizontal é sincronizada por controle automático de frequência e não por sincronismo gatilhado. 2. O estágio de saída horizontal assemelha-se mais a um gerador de sinais classe C que produz pulsos de saída para a varredura horizontal em cada linha. 3. A saída horizontal é utilizada no retificador de alta tensão que produz a tensão de anodo para o tubo de imagem. 4. A saída horizontal exige uma diodo de amortecimento para minimizar oscilações na corrente de varredura. H.

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Figura 11.4- Diagrama em blocos da deflexão horizontal

CAFH A frequência do oscilador horizontal é controlada por uma tensão DC de correção, gerada por um comparador de fase ou de temporização como se vê no lado esquerdo da Fig. 11.4. Em geral se usa dois diodos no circuito comparador, que recebe pulso complementares de sincronismo horizontal de um estágio separador de fase de sincronismo. Além disso, outra entrada necessária para o comparador é uma onda dente de serra, como amostra da frequência de oscilação. Essa realimentação provém, do circuito de saída horizontal, na forma de um pulso que é convertido em um dente de serra por uma rede RC incluída no elo de realimentação. A saída do comparador é a tensão de correção DC que indica se o oscilador se encontra na frequência correta. Quando o sincronismo horizontal chega no instante do centro do retraço, nenhuma tensão DC de correção será produzida, levando o oscilador à frequência de sincronismo. Isto é, na verdade, um sistema PLL( laço fechado por fase) denominado controle automático de frequência horizontal nesta aplicação específica(CAFH). A função do CAFH é manter a integridade da imagem horizontalmente. O oscilador horizontal, no entanto, é capaz de produzir varredura com ou sem o AFC.

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Excitação Horizontal A saída do oscilador é um pulso retangular que é novamente formatado no excitador, a fim de proporcionar entrada da pulsada ao estágio de saída. Ele atua como chave, cujo tempo de condução determina por quanto tempo a tensão DC de alimentação determina por quanto tempo a tensão permanece ligada às bobinas horizontais da unidade defletora para cada varredura horizontal.

Saída Horizontal Através dos transistores deste estágio, a corrente de varredura horizontal é fornecida diretamente às bobinas da unidade defletora.

Transformador Flyback Ele aparece como T, no lado direito da Fg. 11.5. Seu primário está em paralelo com a unidade defletora, a fim de conduzir a corrente de varredura horizontal. O secundário é um enrolamento elevador, que produz a alta tensão a partir da brusca queda de corrente durante o retraço. Esta tensão elevada é retificada, produzindo assim a tensão de anodo para o tubo de imagem. O retificador de alta tensão pode ser um único diodo ou um circuito multiplicador de tensão.

11.7 Sistema GEN-Lock de Sincronismo e Deflexão

Figura 11.5- Diagrama em blocos simplificado do circuito gen lock para deflexão horizontal e vertical. 116

11.8 Porque a imagem Rola Verticalmente A explicação da imagem que se desloca na vertical está na Fig. 11.7, para o caso de uma frequência muito elevada no oscilador vertical. Observe a situação relativa no tempo do apagamento vertical no sinal composto de vídeo e no retraço vertical sobre a corrente de deflexão vertical. Quando ambos se encontram na mesma frequência de cada retraço vertical ocorre dentro do período de apagamento vertical. Neste caso o apagamento vertical não aparece nas partes superior e inferior do quadro. Entretanto, quando a frequência vertical é muito elevada, os ciclos dente de serra avançam no tempo, em relação ao pulso de apagamento de 60 Hz. O apagamento vertical ocorre então durante o tempo de traço e não no retraço. Ademais cada dente de serra avança pelo período de traço nos sucessivos pulso de apagamento. Como resultado, a barra negra produzida ao longo da tela pelo pulso de apagamento vertical cai gradativamente pela tela para ciclos sucessivos.

Figura 11.6- A imagem parece rolar para baixo sempre que a varredura vertical está mais rápida em relação os pulsos de apagamento vertical. 11.9 Barras Negras Diagonais na Imagem Quando o oscilador horizontal está preso na frequência de sincronismo de 15750 Hz, a estrutura de linhas mantém sua integridade mostrando uma imagem completa enquanto o apagamento horizontal permanece invisível tanto à direita como na esquerda da tela . Mas se o oscilador não estiver na frequência correta, a imagem se desfará em segmentos diagonais. As barras negras em diagonal são produzidas pelos pulsos de apagamento horizontal. A imagem se segmenta porque o circuito do CAF horizontal impede que linhas horizontais isoladas se desfaçam já que a frequência não pode variar de uma linha para outra .Quando o número de barras diagonais está mudando continuamente, fica evidente que o circuito do CAFH não está controlando o oscilador. Mas quando as barras estão imóveis isto significa que o CAFH está conseguindo estabilizar o oscilador porém na frequência incorreta.

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Figura 11.7- A imagem se desfaz em barras diagonais quando a varredura horizontal é muito rápida em relação aos pulsos de apagamento horizontal. 11.10 Fontes de Alimentação

Fonte para a Alta Tensão de Flyback

Figura 11.8- Fontes de alta e baixa tensão em um receptor de TV. 118

11.11 Problemas na Varredura Horizontal e no CAFH Devido a alta tensão de flyback os problemas de brilho podem estar relacionados com os circuitos de deflexão horizontal. Sem a presença de varredura horizontal não há tensão de anodo para o tubo de imagem e nenhum brilho na tela. Erros de frequência no oscilador horizontal fazem a imagem desfazer-se em segmentos diagonais. Ausência de saída horizontal. Esse problema pode ser causado por um defeito no oscilador, excitador ou saída horizontal. Não é possível ver, porém, uma única linha vertical correspondente à linha horizontal sem deflexão vertical.

Figura 11..9- Efeitos visuais dos erros de frequência ao oscilador horizontal, (a) erro de grande magnitude, (b) erro de pequena magnitude.

Questões Responda Verdadeiro ou Falso

119

1. 2. 3. 4. 5.

Os pulso de sincronismo fazem parte do sinal composto de vídeo Os osciladores V e H podem operar com ou sem sincronismo A frequência dos pulsos equalizadores é de 120 Hz. A alta tensão de flyback é obtida no circuito de saída horizontal. A ausência de deflexão vertical resulta em uma única linha horizontal ao longo do centro da tela. 6. A ausência de deflexão horizontal resulta em falta de alta tensão e perda de brilho. 7. A falta de sincronismo resulta em ausência de brilho e de quadro. 8. O circuito RC é usado no sincronismo H e V? 9. O controle de estabilidade vertical fica no oscilador ou no amplificador? 10. O que faz a imagem deslocar-se para cima ou para baixo? 11. O que faz a imagem desfazer-se em segmentos com barras diagonais?

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CAPÍTULO 12

CIRCUITOS PARA RECEPTORES DE TV A CORES

A principal diferença entre os receptores a cores e os monocromáticos, além do cinescópio está na seção de croma de 3,58 MHz, que os receptores a cores possuem. Conforme ilustra a Fg. 12.1, o detector de vídeo fornece o sinal composto de vídeo a um amplificador buffer, ou adaptador. Em seguida, o sinal de croma de 3,58 MHz vai para os circuitos de cor, que proporcionam os sinais do vermelho, verde e azul para o tubo de imagem a cores. A imagem reproduzida aparece na prancha colorida I. ( todas a pranchas estão no Cap. 8). Na seção de croma, a subportadora modulada de 3,58 MHz é selecionada e amplificada em um amplificador de cor, cuja função é acionar os circuitos demoduladores de cor. No demodulador, o sinal de croma modulado faz batimento com a sida senoidal de 3,58 MHz do oscilador de cor, a fim de recuperar a informação correspondente ao vermelho, verde e azul para o tubo de imagem. A seção de croma regenera a subportadora de 3,58MHz necessária à demodulação.

Figura 12.1- Trajeto do sinal Y que produz imagens em branco e preto no receptor de TV a cores. 121

O sinal de luminância (Y) também é necessário para proporcionar a informação em branco e preto. Os sinais de vídeo em cores sobrepõem, então uma imagem colorida sobre a imagem monocromática. Os requisitos especiais para o sinal de luminância em um receptor a cores e os circuitos da seção de croma de 3,58 MHz são explicados nas seguintes seções. 12.1 Produzindo a Imagem de Luminância A imagem colorida fundamenta-se na imagem monocromática, também chamada de imagem de luminância, ou em branco e preto. De fato a cor é adicionada a essa imagem de luminância. Além disso, ela é adicionada somente em grandes áreas da imagem, aquelas que correspondem a frequência de vídeo de 0,5 MHz que correspondem a frequência de vídeo de 0,5 MHz ou menos.

Controles de Excitação R,G,B. Caso a eficiência de emissão da luz fosse a mesma para os três fósforos, a relação entre as tensões excitadoras de vídeo seria de 1:1:1 para os três canhões. Não confunda esses valores com a proporção 30:59:11 entre R, G e B que compõem o sinal Y. As relações de Y produzem uma escala de cinzas que aparece natural, de acordo com o que é determinado pela resposta do olho humano. Contudo, os fósforos do tubo de imagem não exibem a mesma eficiência de emissão da luz.

Controle de Contraste O controle de contraste fica no amplificador Y de vídeo, como se vê na Fig.12.1. Ele está situado no painel frontal da maioria dos receptores, de forma que possa ser ajustado pelo telespectador.

Largura de Faixa de Vídeo Para se obter toda a resolução de luminância de que o sistema é capaz, o amplificador Y deve possuir uma resposta em altas frequência que se estenda, plana até os 4,2 MHz. Essa resposta raramente é encontrada nos receptores a cores, no entanto. Devido à presença dessa armadilha a largura de faixa do sinal Y é limitada em 3,2 MHz. Essa frequência de vídeo possibilita uma resolução horizontal, máxima de 250 linhas aproximadamente. Nos receptores NTSC para melhorar a resolução pode se utilizar um filtro pente em receptores mais sofisticados, tais como os modelos tipo telão e de projeção. O filtro pente remove as bandas laterais da subportadora de cor, mas deixa ficar as harmônicas mais elevadas de luminância. Como resultado a resposta Y de vídeo pode ser estendida 122

até 4,2 MHz, sem interferência de croma. Tal resposta em frequência corresponde a uma resolução de 325 linhas. O mesmo filtro pente que elimina componentes de croma da cadeira de luminância é usado para retirar o sinal de cor de 3,58 MHz para alimentar a seção de croma. Nos receptores PAL a aplicação do filtro pente é mais complexa, devido às características diferentes do entrelaço de frequências no espectro de vídeo.

Figura 12.2- Sinais necessários para a reprodução da imagem.

14.11 Necessidade da Linha de Retardo

Os sinais de luminância e crominância tomam caminhos diferentes após o detector de vídeo. Eles se juntam novamente com o sinal Y e os sinais diferença de cor, nos estágios somadores de saída, como se ve na Fig. 12.1. o trajeto da luminância é de banda larga, com uma faixa de frequência aproximada de 0 a 3,2 MHz. O sinal de croma porém tem uma banda bem menor de apenas 0,5 MHz. Esse valor é a largura de faixa prática de cada uma das bandas lateral do sinal de croma modulado e das frequências de vídeo, nos sinais de cor demodulados. Filtros passa baixa são colocados aos os demoduladores de cor, a fim de restringir a largura de faixa a 0,5 MHz. Como resultado da banda reduzida, os sinais de vídeo de faixa estreita exibem maior retardo que o sinal de luminância. Os sinais de cor alcançam o tubo de imagem atrasados, em comparação com o sinal de luminância. Ou, em outras palavras o sinal Y chega cedo demais. Assim sendo, o sinal Y deve sofrer um retardo de modo que as informações de luminância e cor sejam reproduzidas simultaneamente. O tempo de atraso do sinal Y é de 0,8 micro segundos. A Fig. 12. 3 mostra um exemplo de retardo de fase e o resultante atraso de tempo com uma onda quadrada aplicada a um simples filtro RC passa baixas. Esse mesmo tipo de retardo ocorre nos circuitos banda estreita de cor, fazendo com que o sinal banda larga de luminância alcance cedo demais o tubo de imagem. Se essa 123

discrepância não for corrigida as áreas coloridas da imagem não irão encaixar nos contornos fornecidos pelos sinais de luminância. Como a cor demora mais a chegar e a varredura é feita da esquerda para a direita, as áreas coloridas da imagem ficarão deslocadas para a direita. Além disso, as laterais anteriores dos objetos na imagem não terão cor alguma. Tal combinação faz com que a cor vaze ao longo das laterais da direita um efeito bastante evidente em letras e números coloridos, como os usados em títulos de programas O resultado aparece ilustrado na Fig. 12.4 para o caso letra X. A solução para os problemas consiste em introduzir um retardo de tempo na cadeia dos amplificadores do sinal Y. O atraso inserido nesse sinal é equivalente a 0,8 micro segundos. O atraso necessário é proporcionado por uma linha de retardo como a da Fig. 12.5. Corresponde a uma linha de transmissão onde o atraso é o tempo de propagação da extremidade de entrada até a de saída. Além do tempo de retardo requerido, a linha deve exibir uma impedância característica relativamente elevada entre 1000 a 2000 Ohms. Essa impedância deve ser alta para evitar perdas de tensão do sinal, na entrada e na saída. O ideal é que a impedância seja casada nas duas extremidades da linha. Na Fig. 12.5 a linha de retardo é confeccionada com muitas espiras de condutor fino, em torno de um cilindro isolante.

Figura 12.3- Efeito de retardo de um simples filtro RC passa baixas.

Figura 12.4- Efeito visual do retardo na crominância. 124

12.4 Recursos Especiais dos Circuitos de FI Nos receptores a cores, a parte do espectro de FI que inclui a frequência da subportadora de cor é muito importante. O valor dessa FI de cor é de 45,75 – 3,58 = 42,17 MHz. As bandas laterais de croma se estendem 0,50 MHz acima e abaixo dos 42,17 MHz com toda a informação de cor. Na extremidade inferior, 42,17 – 0,5 =41,67 MHz., o que é bastante próximo da portadora de FI de som de 41,25 MHz. Ganho de FI Reduzido para Cor É difícil estender, de forma plana, a faixa de FI até os 41,25 MHz porque iria se formar flanco brusco no ponto em que a armadilha de som associada atuasse sobre a curva de resposta. Tais variações abruptas na resposta em amplitude são acompanhadas por um deslocamento não linear de fase. A distorção de fase provoca tonalidades incorretas em pequenas áreas da imagem e em bordas verticais. A solução é proporcionar uma queda gradual na resposta em amplitude, com subportadora FI de cor de 41,17 MHz com 50% de resposta em relação ao topo, como se vê na Fig. 12.9a .

Figura 12.5- Localização da linha de retardo Y nos circuitos de vídeo.

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Figura 12.6- Modo pelo qual o primeiro amplificador passa banda complementa a resposta de FI, a fim de proporcionar um ganho uniforme , 0,5 MHz de cada lado da subportadora de cor,(a) curva de resposta de FI, (b) entrada do amplificador, (c) resposta do sinal de croma de 3,58 MHz.

Compensação da Frequência de Croma O circuito de tomada de croma excita a seção de croma exibe um efeito de acentuação que complementa os efeitos do amplificador de FI. Como se vê na Fig. 12.10, o sinal de croma é aplicado no amplificador passa banda e um circuito de sintonia simples na entrada, possui uma frequência de ressonância de 4,1 MHz. Este efeito de ressonância coloca a subportadora de cor de 3,58 MHz na parte de inclinação da curva de resposta da Fig. 12.9b. Aqui a banda lateral superior ao sinal de croma de 3,58 MHz está próxima do pico, enquanto a banda lateral inferior é atenuada. É a mesma inclinação, embora no sentido oposto, da curva de resposta de FI. Consequentemente o efeito global para os sinal de croma é a resposta uniforme que se vê na Fig. 12.9c. Agora, o ponto de 126

3,58 MHz está no centro da curva com uma resposta simétrica de 0,5 MHz acima e abaixo da subportadora.

Figura 12.7- O amplificador passa-banda é o início da secção de croma de 3,58 MHz.

Batimento de Som de 920 kHz Outro problema encontrado em receptores a cores é o batimento de 920 kHz entre as portadoras de cor e som. A separação entre elas : 4,5 – 3,58 = 0,92 MHz. Esse batimento de som de 920 kHz pode ocasionar interferências na imagem. Caso as portadoras de som e cor esteja ambas presentes no detector de vídeo o batimento de 920 kHz tende a aparecer. O efeito de heterodinagem é essencialmente o mesmo que produz o sinal de áudio de 4,5 MHz. O efeito visual desse batimento pode ser observado desajustando-se o controle de sintonia fina do receptor. A interferência aparece como um traçado em espinha de peixe em áreas colorida da imagem. A frequência de 920 kHz corresponde a 58 barras diagonais e o desenho de espinha de peixe é o efeito visual da modulação de áudio.

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Detector de Som Separado de 4,5 MHz.

A eliminação do som associado da entrada do detector de vídeo significa que ele não pode fornecer o batimento de 4,5 MHz para o sinal de áudio. Então outro detector a diodo é necessário apenas para o som. Os dois detectores estão representados na Fig. 12.8. O detector de vídeo fornece o sinal composto de vídeo incluindo luminância e crominância. O outro diodo, geralmente denominado detector de FI de som, produz o sinal de áudio de 4,5 MHz.

Figura 12.8- Os receptores a cores exigem um detector de FI separado para excitar o sistema de áudio de 3,58 MHz.

A entrada de FI para o detector de som de 4,5 MHz é tomada antes da armadilha de 41,25 MHz. Tanto a portadora de som como a de imagem são necessárias para o batimento de 4,5 MHz. A resposta de FI na entrada do detector de som é semelhante a resposta global de FI no detector de vídeo dos receptores monocromáticos.

12.5 Seção de Croma de 3,58 MHz Uma vista geral da seção de croma de 3,58 MHz utilizada nos receptores PAL-M aparece na Fig. 12.9 e seguintes. O sinal de croma de 3,58 MHz fica no vídeo composto normalmente obtido a partir de um estágio adaptador de impedância tipo seguidor de emissor, colocado logo após o detector de vídeo.

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Figura 12.9- Diagrama de blocos da secção de croma de um receptor PAL-M.

Controle de Cor Um controle de ganho no amplificador passa banda, comanda a amplitude do sinal de croma enviado aos demoduladores. O controle varia a saturação especificamente de cores fracas a intensas mas é normalmente chamado de controle de saturação ou intensidade de cor. Controle Automático de Cor Esta função pode ser considerada um controle automático de ganho (CAG) do amplificador de cor . Na Fig. 12.12 observe que o controle automático de cor (CAC) comanda o primeiro amplificador passa banda. O controle manual de cor. O CAC é necessário para compensar variações de sinal de croma de 3,58 MHz que podem ser provocadas pelo seguinte: 1. Diferente respostas de RF no sintonizador pra diferentes canais. 2. Resposta em frequência não uniforme da antena. 3. Diferentes intensidade de sinal na antena para os vários canais. O circuito CAC ajusta o ganho amplificador passa banda pela monitoração da amplitude do burst de cor. Esse nível é o único fator do sinal de croma que não é afetado pelo conteúdo da imagem.

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A Linha de Atraso PAL e a Chave PAL. Cada demodulador exige dois sinais de entrada (Fig. 12.12) 1. O sinal de croma de 3,58 MHz, cujas bandas laterais carregam a informação de cor. 2. O sinal não modulado de uma subportadora de 3,58 MHz proveniente do oscilador de cor. Esse sinal é reinserido para tomar o lugar da subportadora suprimida na transmissão. Os demoduladores de cor são detectores síncronos de amplitude. Podem ser chamados de síncronos porque o nível de saída detectado depende da fase do sinal sem modulação reinserido quando comparada com a fase do sinal de croma. Regeneração da Subportadora A parte inferior da Fig. 12.12 mostra o regenerador de subportadora que inclui um oscilador de cor de 3,58 MHz. Também está incluído o sistema de controle automático de frequência e fase da cor (CAFF). O objetivo do regenerador de subportadora é o de gerar um sinal de 3,58 MHz sem modulação para os demoduladores de cor. O oscilador de cor é controlado por um cristal que tem ressonância a 3,575611 MHz. Além disso, o CAFF prende o oscilador na frequência e na fase da referência do sistema que é o burst de cor. 12.7 O Amplificador Passa Banda de Cor Dois estágios de amplificação estão ilustrados na Fig. 12.14, ambos sintonizados em 3,58 MHz. O primeiro estágio inclui circuito de acentuação com sintonia simples que corrige a inclinação da curva de resposta de FI. Como o sinal de croma que deixa o primeiro amplificador tem uma amplitude relativamente baixa pode-se aplicar aí o CAG para o nível de cor. Vários métodos diferentes podem ser aplicados no CAC, mas os requisitos básicos são os seguintes: 1. Tensão DC e controle para polarização a fim de controlar o ganho automaticamente. 2. Tensão de polarização variável para o CAC proporcional à amplitude de burst do sinal recebido.

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Figura 12.10- Detalhes do amplificador passa-banda de cor.

12.8 Circuitos da Linha de Atraso PAL e a Chave PAL Através da linha de atraso de 1H (período horizontal ou 64,5 micro segundos) pode se separar as componentes U(ou B-Y) e V( ou R-Y) do sinal de croma modulado de 3,58 MHz. O circuito básico está na Fig. 12.15.

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Figura 12.11- Linha de retardo PAL.

A partir do circuito acima podemos tirar as relações: VB - VA = VL1 VB = VL1 + VA VC = VL2 + VA O sinal de croma é injetado no transmissor T1, cujo coletor aciona o circuito da linha de atraso. No emissor está o sinal de croma com a mesma fase do sinal de entrada (sinal direto) que é ligado ao ponto A na saída da linha de atraso. Esse sinal direto é somado as tensões VL1 e VL2 que são retardadas de 1H em relação ao sinal de entrada da linha de atraso. Sabemos do Cap. 8 que o sinal de croma transmitido tem sua componente V invertida em linhas alternadas. A Fig. 12.13a mostra a representação vetorial dessa situação do sinal de croma direto recebido e detectado pelo receptor. Quatro linhas consecutivas são representadas, a partir de uma linha X qualquer. As Figs. 14.13b e 14.13c mostram, respectivamente a representação das tensões VL1 e VL2. A tensão VL2 é defasada a 180o em relação a VL1 , tendo portanto suas duas componentes invertidas em relação aquela. A tensão do sinal direto vai se somar às tensões VL1 e VL2 em B e C. As Figs. 14.13d e 14.13e mostram as tensões em B e C obtidas através da soma das componentes das tensões do ponto A com VL1 e VL2, respectivamente. Assim quando a componente V se soa com –V, por exemplo, elas se cancelam.

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Notamos que em B somente as componentes V e –V ( com amplitude dupla) que devem ser aplicadas à chave PAL para refazer a inversão linha a linha antes de aplicar o sinal ao demodulador V ( ou T). Na Fig. 12.12 você tem mais detalhes sobre a operação da chave PAL e do circuito que permite a identificação das linhas para sua correta operação.

Figura 12.12- O circuito da chave PAL e o eliminador de cor.

O controle da chave PAL origina-se da inversão de fase do sinal de burst linha a linha. Vimos no Cap. 8 que o sinal de burst tem numa linha fase de 135º em relação a B-Y e na linha seguinte -135 o. Portanto, o CAF do burst da um sinal alternado de frequência fH/2 e de forma aproximadamente retangular (veja Fig. 12.14a). A parte positiva desse sinal corresponde digamos a linha x para a qual o sinal V não deve ser invertido, e a

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Figura 12.13- (a) O sinal direto, (b) sinais retardados de H na saída da linha de atraso, (d) e (e) sinais separados segundo U e V.

parte negativa corresponde à linha x+1, para a qual o sinal –V deve ser invertido. O sinal alternado vai ao identificador PAL, um circuito sintonizado em fH/2( 7,8kHz) . Veja fig. 12.18b.

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Figura 12.14- Formas de onda correspondente aos circuitos da chave PAL e eliminador de cor, (a) saída do CAFF, (b) saída do identificador PAL, (c) saída do multivibrador.

A senóide de saída identificador é superposta aos pulso do transformador de saída horizontal (fH). Se a senóide de identificação está na fase correta o multivibrador opera também na fase correta e faz com que a chave PAL inverta a componente V na linha x e não a inverta na linha x+1. 12.9 Circuito Eliminador de Cor Em todos os receptores a cores, o circuito eliminador de cor desativa completamente o amplificador passa banda de cor quando um sinal monocromático está sendo recebido. Esse método utiliza a presença ou ausência do sinal de burst para determinar se o programa é ou não em cores. A ausência de burst significa ausência de cor. Para cortar o sinal de croma de 3,58 MHz, o circuito eliminador de cor polariza o segundo amplificador passa banda de forma a deixa-lo fora de operação . Mais especificamente, esse circuito utiliza um detector a diodo para proporcionar a polarização necessária ao amplificador de cor. A sequência de operação pode ser resumida da seguinte maneira: Para imagens a cores: o burst está presente. O diodo eliminador de cor fornece polarização normal do amplificador passa banda. Seu sinal de croma de 3,58 MHz vai para os demoduladores de cor. Para imagens monocromáticas : não há burst de cor, os amplificadores são cortados. 135

Nos receptores PAL, o eliminador de cor opera a partir da senóide formada pelo identificador PAL. Não havendo burst, não existe essa senóide ea tensão de polarização leva o amplificador ao corte bloqueando o canal de crominância. 12.10 Demodulador de Cor 12.11 Sistema CAFF para o Sincronismo de Cor O sistema CAFF do sincronismo de cor visa travar o oscilador de cor em frequência e fase através do burst de sincronismo de cor. Lembre-se que o sincronismo de cor é uma slava de 8 a11 ciclos em 3,58 MHz, no patamar posterior de cada pulso de apagamento. O oscilador de cor regenera a subportadora de 3,58 MHz para a detecção dos sinais de croma nos demoduladores. Utiliza-se para isso um oscilador senoidal a cristal, do qual pode-se variar a frequência e fase , por meio de uma tensão DC de controle. O termo VCO designa um oscilador controlado por tensão. Geralmente, a tensão DC variz a capacitância de um diodo de capacitância variável( varactor), a fim de controlar esse oscilador. A tensão DC de controle é normalmente produzida por um comparador ou detector de fase com dois diodos. O circuito compara a saída sem modulação de 3,58 MHz produzida pelo oscilador com o burst de sincronismo de cor também, de 3,58 MHz. A tensão DC de controle gerada pelo comparador pode então manter o oscilador de cor na frequência e fase corretas. Um típico circuito CAFF pode ser visto na Fig. 12.22.

Detector de Fase Os detalhes do detector de fase da Fig. 12.22 aparecem no circuito da Fig. 12.23. Os diodos D1 e D2 comparam a fase de uma amostra da saída sem modulação gerada pelo VXCO com o burst de cor separado vinda do amplificador do burst. Os dois diodos são balanceados de modo a produzir uma saída nula na junção de R1 e R2 sempre que os dois sinais de entrada estiverem defasados de 90o. Faz-se então de modo que ambos os diodos tenham porções iguais do sinal de entrada. Qualquer relação de fase entre os dois sinais de entrada que seja diferente de 90o resulta numa saída DC positiva ou negativa..

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Figura 12.15- Sistema CAFF do tipo PLL para o sincronismo de cor

Separando o Burst de Sincronismo de Cor O amplificador de burst da Fig. 12.16 é na verdade um separador de burst. Sua entrada tanto pode ser o sinal composto de vídeo como o sinal de croma de 3,58 MHz que também inclui o burst. Em muitos casos, a excitação para o amplificador de burst é retirada da saída do primeiro amplificador passa banda, como se vê na Fig.. 12.10 O Receptor NTSC A diferença básica entre um receptor NTSC e um receptor PAL está na seção de croma, onde se faz o processamento do sinal de cor. No sistema NTSC : 1. Não é usada uma linha de atraso para separação das componentes de sinal modulado de 3,58 MHz para a demodulação e não existe chave inversora. 2. O circuito CAC detector de fase do burst NTSC dá um sinal praticamente contínuo em vez de alternado. 3. Podem-se usar demoduladores de cor com bandas passantes distintas, embora normalmente se utiliza demoduladores de mesma banda. 4. Existe uma maior criticidade quanto a tolerância referente a erros de fase no sinal de cor, assim como erros diferenciais de amplitude do sinal em função da frequência. O diagrama de blocos da seção de croma de um receptor NTSC está na Fig. 12.16.

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Figura 12.16- Diagrama em blocos da seção de croma de um receptor NTSC.

Demoduladores I e Q A cor do sinal de vídeo detectado vai depender da fase do sinal sem modulação entregue pelo oscilador , que serve como subportadora de 3,58 MHz para a demodulação. Um método bastante óbvio consiste em fazer com que os dois demoduladores do receptor atuem com os mesmos eixos de fase utilizados para os sinais I e Q na codificação da câmera. Os problemas existentes em um sistema de demodulação I-Q podem ser vistos no diagrama da Fig. 12.17. Observe se a diferença nas larguras de faixa. O sinal Q exibe duas bandas laterais de 600 kHz a partir de 3,58 MHz, ao passo que o sinal I possui bandas laterais nessa faixa, mas dispõe apenas a banda inferior para frequências entre 600 kHz e 1,3 MHz. Assim sendo são necessários dois amplificadores passa banda separados, um para aplicar o sinal ao demodulador Q e outro inserido na linha de sinal de demodulador I. Sua resposta não é plana, mas enfatiza as frequências para as quais só existe a banda lateral inferior.

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12.17- Requisitos básicos do sistema demodulador I-Q

Demoduladores R-Y e B-Y (NTSC) Um deslocamento de 33 o nos eixos de demodulação permite que os sinais de cor R-Y e B-Y sejam decodificados diretamente em um receptor NTSC. Para saber como isto é feito, vamos considerar os diagramas de fase da Fig. 12.18. Na Fig. 12.18a, por exemplo, temos um vetor de cor magenta totalmente saturado, seus componentes em termos de sinais I e Q são indicados pela extensão dos vetores correspondentes. Tais valores são produzidos pelos demoduladores I e Q. Note que o vetor magenta está definido em termos de componentes em quadratura. Na Fig. 12.18b, vemos o mesmo vetor magenta porém desta vez definido em relação aos comonentes R-Y e B-Y. A extensão desses dois vetores indica os valores do sinal de vídeo produzido pelos demoduladores R-Y e B-Y . A diferença entre os vetores das Figs. 12.18 a e 12.18b reside na fase do sinal do oscilador, que é deslocada em 33 o de Q , para casar com a fase de B-Y. Além disso, B-Y está defasado em relação a R-Y. Pela seleção adequada dos eixos do demodulador, é possível decodificar qualquer conjunto desejado de valores de cor.

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Figura 112.18- O tom magenta do sinal de croma NTSC, demodulado por duas formas diferentes,(a) o magenta decomposto em seus componentes I-Q, (b) o magenta decomposto em seus componentes (R-Y) e (B-Y).

A fig. 12.19 mostra um diagrama de blocos de um sistema desses, que demodula diretamente os sinais de vídeo B-Y e R-Y de maneira similar à utilizada nos recepotoeres PAL-M. A fase do sinal entregue pelo oscilador sestá deslocada de 90o para o demodulador R-Y. Este é um método bem mais simples que o da demodulação I-Q. A largura de faixa do amplificador de cor é de 0,5 ou 0,6 MHz em ambos os canais de cor e não há nexcessidaded de um retardo de cor para balancear os canais. O sinalGY é gerado pormio do divisoer formanado por R1 e R2. O coruito resolve a equação mencionda para –(G-Y e em seguida o inversor altera a fase para G-Y.

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Figura 12.19- Diagrama em blocos do sistema demodulador NTSC baseado nos sinais R-Y e B-Y

Questões 1. Qual é a função do circuito eliminador de cor? 2. Qua é a função do estágio CAFF no oscilador de cor? 3. Explique com poucas palavras como um batimento de interferência de 920 KHz pode ser produzido. 4. Quantas barras podem ser produzidas por um sinal de vídeo de 920 KHz? 5. Qual a função da linha de retardo Y?

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA Curso: Sistemas de Televisão Prof. Gilberto Arantes Carrijo Referências:

1- Bernard Grob, Televisão e Sistemas de Vídeo, Guanabara 2- Hervé Benoit, Digital Television, Eselvier, 2008. 3- Charles Poynton, Digital Vídeo and HDTV, Morgan Kaufmann PublishersEselvier, 2007. 4- Gerald W. Collins, Fundamentals of Digital Television, John Wiley and Sons, N. Y., 2001. 5- Marcelo, S. de Alencar, Televisão Digital, Érica, 2010,São Paulo. Avaliação: Provas: 3 provas( 85 pontos) 1- 28 de setembro 2015 ( 30 pontos) 2- 26 outubro de 2015 (30 pontos) 3- 14 de dezembro de 2015 (25 pontos)

Trabalhos: 15 pontos

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