Television

CONCEPTOS BASICOS DE LA TELEVISIÓN 1.1.- INTRODUCCIÓN. - La TV es la técnica de transmisión de imágenes animadas a gran distancia, utilizando como medio de propagación el espacio. televisión, TV y popularmente tele, es un sistema de telecomunicación para la transmisión y recepción de imágenes en movimiento y sonido a distancia. Esta transmisión puede ser efectuada mediante ondas de radio o por redes especializadas de televisión por cable. El receptor de las señales es el televisor. La palabra "televisión" es un híbrido de la voz griega "Tele" (distancia) y la latina "visio" (visión). El término televisión se refiere a todos los aspectos de transmisión y programación de televisión. A veces se abrevia como TV. Este término fue utilizado por primera vez en 1900 por Constantin Perski en el Congreso Internacional de Electricidad de París (CIEP). El tratamiento de la señal en TV no difiere demasiado del que se realiza en radio. El proceso en líneas muy generales sería:

figura 1.1 Se trata, como podemos ver, de una transformación de la energía luminosa en energía eléctrica, ésta a su vez se transforma en energía electromagnética que se envía al espacio. Todo este proceso ocurre en la transmisión. En la recepción la energía electromagnética es captada por la antena receptora y el TV será el encargado de realizar el proceso inverso hasta la obtención de energía luminosa (imágenes). 1.2. Conceptos del ojo humano. Vamos a ver una serie de conceptos relacionados con el ojo humano y que nos permitirán comprender mejor como se forma la imagen en una pantalla de TV. a) El ojo es capaz de efectuar las siguientes distinciones: o Distinción de colores. o Distinción de la forma de los cuerpos. o Distinción de la mayor o menor intensidad de la luz. o Enfoque del objeto. b) El ojo tiene la propiedad de persistencia de la imagen. (gracias a esto puede verse el cine o la TV). La imagen se mantiene una décima de segundo en la retina, después de desaparecer ésta. c) De acuerdo con esto último, todo fenómeno luminoso que se produzca con una frecuencia mayor de 10 veces por segundo, el ojo los verá como continuos. d) Existe una distancia mínima que debe existir entre dos pto. Para que el ojo pueda verlos separados, al observarlos desde una distancia dada. El valor del ángulo de visión mínimo para ver dos pto.separados es de 1´ .

figura 1.2 e) Como regla práctica diremos que un objeto se verá con detalle, comodidad y entero, cuando su distancia de nosotros sea unas 5 veces mayor que su dirección máxima. 1´´ = 2.54 cm 1.3. El tubo de cámara.

La imagen a visionar en el TV debe formarse previamente en la cámara de TV. El tubo de la cámara es el encargado de convertir la imagen captada, es decir su luminosidad, en señales eléctricas (señales de vídeo), con la cual luego se modulará en amplitud a una portadora de frecuencia muchísimo mayor y se radiará al espacio para que llegue a la antena de los receptores de TV. Existen varios tubos de cámaras : El iconoscopio. El orticón. Sensibilidad equivalente a la del ojo humano. Muy sensible frente a variaciones de temperatura, tiempo de calentamiento previo. El vidicón. Muy buenas imágenes con intensidad de iluminación de 10 Lux El plumbicón. Imagen de gran calidad. Estable ante cambios de temperatura. Veamos el iconoscopio por ser el más comprensivo.

Mediante el objetivo se enfoca la imagen sobre una placa de mica recubierta por una gran cantidad de pequeñisimos glóbulos de plata con óxido de cesio. La otra cara de la placa de mica se encuentra recubierta por una capa conductora de grafito coloidal. Cada glóbulo de placa perfectamente aislado de los adyacentes, forma con el grafito un condensador con dieléctrico de mica. Se forman así muchísimos condensadores con la armadura de grafito común : glóbulos de Ag Cada glóbulo de Ag. emite electrones proporcionalmente a la luz que recibe procedente de la imagen a televisar. La capa de Ag. se barre por un haz de electrones línea a línea.

En oscuridad los glóbulos no emiten electrones y al ser recorridos por el haz en el choque se desprenden muchos electrones secundarios que son captados por el anillo colector cerrando el circuito y provocando en la R una tensión elevada, siendo esta tensión la señal de vídeo correspondiente al negro. Cuando la imagen tiene luz los glóbulos de Ag. Afectados emiten electrones proporcional a la luz que le llega, con lo que estos se cargan + tanto más cuanto más luz les llegue. Al ser recorridos por el haz electrónico, desprenderán ahora menos electrones ya que la carga + tiende a retener más los electrones. Luego la I ahora por la R es menor y por tanto la V también es menor. En resumen, la señal de vídeo aparece entre los bornes de la R con valores grande de V para colores oscuros y con valores pequeños de V cuanto más luz tenga la imagen ( colores claros ). La señal de vídeo para una línea en el ejemplo de la figura 1.5. sería :

figura 1.5. La señal de vídeo generada en la cámara modula en amplitud a una portadora de mucha mayor frecuencia. Después de recibirla el receptor y demodularla y amplificarla se aplica al cátodo del T.R.C. Sin aplicar V al K éste se encuentra a 160 V y g1 ó Wehnelt a una V menor ya que debe ser negativa respecto al K. Un color negro equivale a una V elevada, que elevará al K por encima de los 160V. Esto supone que g1 sea más negativa respecto del K y pasen menos electrones, con lo que la parte de la línea en cuestión aparecerá mas oscura. 1.4.- El tubo de rayos catódicos (TRC) Es una ampolla de vidrio en cuyo interior se ha hecho el vacío y donde se va a formar la imagen.

Figura 1.6. Las partes que lo componen son : 1. Filamento es el elemento calefactor del cátodo, es decir, le proporciona la energía calorífica necesaria para que se desprendan electrones del K. Se alimenta con c.c. ( por ej. 11V) o c.a. 2. Cátodo cilindro hueco de níquel recubierto en su extremo derecho por sustancias emisoras de electrones (oxido de bario y estroncio). En su interior se encuentra el filamento. La tensión entre el K y el filamento no debe exceder del límite máximo marcado para cada tipo de tubo. Al cátodo se le suele aplicar la señal de vídeo y por lo tanto su tensión variara, aunque vamos a tomar como tensión normal 160 Vcc. Respecto a masa. 3. Wehnelt también conocida como rejilla de control consiste en un cilindro metálico con un orificio circular en el fondo, el cual rodea al cátodo y cuya misión es la de controlar el flujo de electrones que desde el K se dirigen a la pantalla. El potencial aplicado al cilindro de Wehnelt debe ser negativo respecto al K. Su tensión fluctúa entre 0 y 150 V ( respecto al K -160V y -10V). Cuanto más negativa respecto al cátodo menos electrones pasan y por lo tanto más débil es el haz ( gris negro). Generalmente se conecta a masa (0V). 4. Primer ánodo acelerador Tiene forma de cilindro. Su tensión respecto a masa es de unos 200 V para dar a los electrones una gran velocidad. 5. Segundo ánodo acelerador Otro cilindro hueco al cual se le aplican 18 KV (MAT) que acelera aún más el haz de electrones. 6. Ánodo de enfoque Como a partir del primer ánodo acelerador el haz se hace divergente, es necesario concentrarlo y para ello se utiliza el ánodo de enfoque, cuya tensión está entre 0V y 400V respecto a masa. Cada tubo tiene una tensión de enfoque optima, comprendida entre estos dos valores. 7. Tercer ánodo acelerador Otro cilindro hueco al cual se le aplica una V de 18 KV, encargándose de la aceleración final del haz. 8. Pantalla del tubo de imagen Es la parte final del TRC y sobre la que va a incidir el haz de electrones que al chocar con ella producirá un pto.luminoso.

figura 1.7. Está formada por : La parte externa de vidrio entintado. ( Pared gruesa para soportar presiones del orden de 1kg/cm2 debido al vacio interno del tubo ). La capa fluorescente que cubre la cara interna y que es de fósforo, de forma que cuando el haz incide sobre ella se genera un pto. Luminoso que desprende luz en todas direcciones. La película de aluminio vaporizado que realiza varias funciones : a) Refleja hacia afuera de la pantalla la luz emitida por el fósforo como si fuera un espejo, aumentado así la luminosidad de la pantalla. b) Protege la capa de fósforo contra los iones, alargando su vida. c) Hace de último ánodo acelerador. A ella se conecta la MAT haciendo a la vez de capa conductora para llevarle dicha MAT al 2º y 3º ánodo acelerador. El positivo de la MAT se aplica a ésta película a través de una grapa recubierta de una ventosa de goma que evita fugas al exterior. No se aplica esta tensión a través de una de la patilla del tubo ya que la fuerte tensión provocaría arcos a las patillas próximas. El negativo se conecta a masa. Como la parte externa del tubo también es conductora y está conectada a masa forman un condensador con dieléctrico de vidrio y cuya capacidad oscila entre 500pF y 2000pF y sirve para filtrar la tensión pulsatoria de MAT.

figura 1.8. 1.4.1.- Designación de los tubos de rayos catódicos monocromo :

Ejemplo : A4711W 1ª Letra Aplicación 1º grupo de cifras Indica en cm la diagonal de la pantalla rectangular o el diámetro en las circulares. 2º grupo de cifras Nº de serie. Último grupo de letras Propiedades ópticas de la pantalla. 1.5.- Deflexiones El pincel de electrones emitido por el cátodo de un TRC no choca permanentemente en el centro de la pantalla, sino que recibe dos movimientos simultáneos de vaivén. a) Un movimiento en sentido horizontal de f= 15625 Hz llamado deflexión horizontal o barrido horizontal. b) Un movimiento en sentido vertical de f= 50 Hz , llamado deflexión vertical o barrido vertical. Con estos dos movimientos se obtiene en la pantalla una serie de líneas casi horizontales. Dada la gran rapidez de repetición del barrido de las líneas, el ojo las integra, dando la sensación de que toda la pantalla está iluminada al mismo tiempo. Estas deflexiones se consiguen con ayuda de campos magnéticos, ya que cuando un chorro de electrones atraviesa un campo magnético perpendicular a sus líneas de fuerza, sufre una desviación .

figura mano Se hace circular por las bobinas de líneas una corriente en forma de diente de sierra. Deflexión horizontal : El campo magnético se consigue mediante las llamadas bobinas de desviación horizontal o de líneas.

Figura 1.9. Deflexión vertical : el campo magnético se consigue mediante las llamadas

Bobinas de deflexión vertical o de cuadro, por las que se hace circular una intensidad de corriente también en forma de diente de sierra igual a 1.10 .

ELECTRONICA DIGITAL Sistemas combinacionales Introducción Vamos a ver una serie de circuitos que se van a caracterizar porque procesan señales que sólo tienen dos niveles, y cuyos valores precisos no son importantes con tal que estén en un nivel o en otro de los definidos. Son señales binarias y los circuitos correspondientes se denominan indistintamente, circuitos de conmutación, circuitos lógicos o circuitos digitales La primera parte de nuestro estudio comprende, primeramente, las bases del álgebra de conmutación, cuya herramienta matemática, el álgebra de Boole, nos va a permitir el análisis y diseño de los circuitos electrónicos digitales. Seguidamente estudiaremos las familias lógicas o circuitos digitales integrados de que disponemos para nuestras realizaciones. Por último presentaremos dos grandes bloques: los circuitos y subsistemas combinacionales y los secuenciales.

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Los primeros se podrán definir como aquellos en que el estado lógico de sus salidas depende únicamente de los niveles de sus entradas en ese mismo instante, es decir no hay efectos de tiempos o memoria. En los segundos, el nivel de salida en un instante dado depende no solamente de las entradas en ese instante, sino del estado interno del sistema, el cual es fruto de las entradas en instantes anteriores, es decir, hay memoria.

Algebra de Boole. Definición: Un conjunto B dotado con dos operaciones algebraicas más (+) y por (.) es un álgebra de Boole, sí y sólo sí se verifican los postulados: 1º Las operaciones + y . son conmutativas. 2º Existen en B dos elementos distintos representados por los símbolos 0 y 1, respectivamente, tal que : a + 0 = 0 + a = a Para todo elemento a que pertenece a B a . 1 = 1 . a = a Para todo elemento a que pertenece a B El símbolo 0 es el elemento identidad para la operación " + " y el símbolo 1 es el elemento identidad para la operación " . " 3º Cada operación es distributiva para la otra, esto es: a + (b . c) = (a + b) . (a + c) a . (b + c) = (a . b) + (a . c) 4º Para cada elemento de B, por ejemplo el elemento a, existe un elemento a' también perteneciente a B tal que: a + a' = 1 a . a' = 0 Ejemplos: Sea el conjunto B = { 0,1 }, y las dos operaciones + y . definidas 0 0 1 1

+ + + +

0=0 1=1 0=1 1=1

0 0 1 1

. . . .

0=0 1=0 0=0 1=1

Interruptor abierto equivale a nuestro 0 lógico Cerrado equivale a nuestro 1 lógico La combinación es equivalente a es decir : dos interruptores abiertos puestos en serie equivale a un solo interruptor abierto es equivalente a decir en nuestra álgebra de Boole que 0 . 0 = 0 La combinación

es equivalente a es decir : un interruptor abierto en serie con un interruptor cerrado equivale a un interruptor abierto es equivalente a decir en nuestra álgebra de Boole que 0 . 1 = 0 por la misma razón podemos decir que 1 . 0 = 0 La combinación es equivalente a es decir : un interruptor cerrado en serie con otro cerrado equivale a un solo interruptor cerrado es equivalente a decir en nuestra álgebra de Boole que 1. 1 = 1

La combinación es equivalente a es decir : dos interruptores abiertos puestos en paralelo equivale a un solo interruptor abierto es equivalente a decir en nuestra álgebra de Boole que 0 + 0 = 0

La combinación es equivalente a es decir : un interruptor abierto en paralelo con un interruptor cerrado equivale a un interruptor cerrado es equivalente a decir en nuestra álgebra de Boole que 1 + 0 = 0 por la misma razón podemos decir que 0 + 1 = 1

La combinación es equivalente a es decir : un interruptor cerrado en paralelo con un interruptor cerrado equivale a un interruptor cerrado es equivalente a decir en nuestra álgebra de Boole que 1 + 1 = 1

Términos canónicos Se llama término canónico de una función lógica a todo producto o suma en el cual aparecen todas las variables de que depende esa función. A los términos productos se les llama productos canónicos y a los términos sumas, sumas canónicas.

Formas canónicas Cuando una función se expresa como suma de productos canónicos o como producto de sumas canónicas, se dice que dicha función se en cuentra expresada en su forma canónica.

Formas equivalentes Dos expresiones booleanas, F1 y F2, son equivalentes, es decir F1=F2, sí y sólo sí describen la misma función de conmutación. Comprobaremos que formas booleanas diferentes pero equivalentes, conducirán a circuitos de conmutación distintos aunque realicen la misma función.

Tabla de verdad

La tabla de verdad de una función lógica es una forma de representación de la misma, en la que se indica el valor 0 ó 1 que toma la función para cada una de las combinaciones de valores de las variables de dicha función Ejemplo: abc F 0 000 0 1 001 1 2 010 1 3 011 0 4 100 1 5 101 1 6 110 1 7 111 1 En la columna de la izquierda se han ido numerando las combinaciones posibles de valores que siempre es igual a 2 elevado al número de variables (n), es decir 2n, en nuestro caso 23=8. De la tabla de verdad de una función lógica, es fácil deducir las formas canónicas de la función. Así pues, si queremos que la función F de nuestro ejemplo esté expresada como suma de productos canónicos deberemos asegurarnos que para cada una de las combinaciones de la tabla de verdad en que la función valga 1 obligaremos a que el término canónico valga también 1. Por ejemplo para la combinación a=0 b=0 y c=1 de la tabla de verdad vemos que la función vale 1 así pues nuestro término canónico será a'. b'. c , debemos entender que a' significa que la variable a está negada. Observemos que el término a'. b'. c vale 1 para la combinación 0 0 1 y sólo para esa combinación, cualquier otra haría que nuestro producto canónico a'. b'. c sea 0. Construyendo la función con todos sus términos llegaremos a la conclusión que para: La La La La La

combinación combinación combinación combinación combinación

010 100 101 110 111

el el el el el

término término término término término

será será será será será

a'. a. a. a. a.

b. c' b'. c' b'. c b. c' b. c

Con lo que la función F correspondiente a la tabla de verdad anterior será: F = a'. b'. c + a'. b. c' + a . b'. c'+ a . b'. c + a . b . c' + a . b . c Observemos que tenemos 6 términos que se corresponden con los seis 1 de la función. Otra forma de expresarla es F = S ( 1, 2, 4, 5, 6, 7 ) S significa suma F = Sumatorio de términos canónicos en que la función vale 1 También podemos recurrir a realizar la función como producto de sumas canónicas, en este caso nos fijaremos en los 0 de la función y así para la combinación 000 y 011 nuestra función vale 0. Por tanto el término correspondiente a la combinación 000 será ( a + b + c ), y observamos que este término sólo vale 0 para la combinación 000 y para cualquier otra vale 1.Del mismo modo para la combinación 011 el término será ( a + b' + c' ) y observamos también que este término sólo vale 0 para la combinación 011, cualquier otra hará que dicho término valga 1. Nuestra función expresada como producto de sumas canónicas nos quedará: F = ( a + b + c ) ? ( a + b' + c' ) Observemos que tenemos 2 términos que corresponden con los dos 0 de la función.

Otra forma de expresarla es F = P ( 0, 3 )

P significa producto

F = Producto de términos canónicos en que la función vale 0 Las tabla de verdad nos permiten comprobar si dos expresiones lógicas distintas son equivalentes, es decir reproducen la misma función de conmutación. F1 = a'. b'. c + a'. b. c' + a . b'. c'+ a . b'. c + a . b . c' + a . b . c F2 = ( a + b + c ) ? ( a + b' + c' ) Estas dos funciones aparentemente distintas son equivalentes pues ambas tienen la misma tabla de verdad.

Algunos teoremas en el álgebra de Boole 1º Para cualquier elemento b del álgebra de Boole se verifica: b=b+b b=b.b Demostración: Sabemos que (1) b = b + 0 y que (2) b . b' = 0 Sustituyendo el 0 de la ecuación (1) por su valor en (2) nos queda que b = b + b . b' aplicando la propiedad distributiva no queda entonces b = ( b + b ) . ( b + b' ) como b + b' = 1 entonces b=(b+b).1 luego queda demostrado que b = b + b 2º Para cualquier elemento b perteneciente al álgebra de Boole se verifica: b+1=1 b.0=0 b + 1 = 1 Esto es lógico ya que si hemos asociado que el valor 1 es equivalente a un interruptor cerrado y el signo + a que los dos elementos b y 1 están en paralelo deduciremos que sea cuál sea el valor de la variable b, si está en paralelo con un interruptor cerrado el resultado eléctrico es que estamos cortocircuitando a la variable b y el resultado será 1. b . 0 = 0 También es lógico ya que si asociamos 0 como un interruptor siempre abierto y la operación ( . = por ) como que está en serie con el elemento b, el resultado será equivalente a tener siempre un circuito abierto es decir 0. 3º Para cada par de elementos en un álgebra de Boole se verifica Ley de absorción a+a.b=a a.(a+b)=a Demostración : Como a . 1 = a y ( 1 + b ) = 1 a +a.b=a.1+a.b=a.(1+b)=a.1=a 4º En un álgebra de Boole las operaciones suma, producto son asociativas. a+(b+c)=(a+b)+c=a+b+c a.(b.c)=(a.b).c=a.b.c 5º Para cada elemento b en un álgebra de Boole su complemento ( negado) b' es único.