Descreva DETALHADAMENTE:
Faixa dinâmica linear.
Faixa dinâmica linear.
Passo 1
O que a questão pede é uma descrição detalhada do conceito de faixa dinâmica linear usado em sistemas eletrônicos e de sensores. Para isso, vamos precisar entender:
- O que significa “dinâmico” nesse contexto (variação de níveis de sinal).
- O que significa “linear” (relação proporcional entre entrada e saída).
- Como quantificamos essa faixa (razão entre o maior e o menor sinal útil).
Passo 2
Definindo o conceito: a faixa dinâmica linear é o intervalo de níveis de entrada para os quais um sistema responde de forma diretamente proporcional, sem introduzir distorção relevante nem ficar soterrado pelo ruído. Em outras palavras, é o conjunto de amplitudes
tais que
permanece válido, onde
é o ganho constante do sistema. Abaixo dessa faixa, o ruído do sistema “mascara” o sinal; acima, surgem distorções não lineares ou saturação.
Passo 3
Quantificação em termos de amplitude: se
é o menor sinal detectável (acima do ruído) e
é o maior sinal antes da não linearidade, a faixa dinâmica linear
em razão é
Em engenharia de áudio ou instrumentação, costuma-se usar decibéis:
Passo 4
Exemplos práticos:
- Em um conversor analógico-digital (ADC),
é determinado pelo ruído de quantização e pelo ruído térmico da entrada, e é o valor de entrada que leva ao overflow ou saturação no registrador do ADC. - Em uma câmera digital, a faixa dinâmica linear vai do nível de luminosidade que gera ruído de leitura até o ponto em que os fotodiodos saturam, perdendo detalhe nos destaques.
Passo 5
Fatores limitantes:
- Ruído de fundo: impede perceber sinais fracos; inclui ruído térmico, de flicker e de quantização.
- Não linearidades e saturação: a partir de certo nível de entrada, componentes ativos (amplificadores, ADCs) deixam de obedecer
, introduzindo distorção harmônica ou clipping. - Temperatura e alimentação: variações podem alterar tanto o nível de ruído quanto o ponto de saturação.
Passo 6
Técnicas para estender ou aproveitar melhor a faixa dinâmica linear:
- Ganho automático (AGC) ou múltiplos estágios de amplificação para otimizar o nível de entrada em diferentes faixas.
- Dither em sistemas de quantização para reduzir efeitos de ruído de quantização em sinais fracos.
- Compressão ou exposição graduada (no caso de câmeras) para registrar simultaneamente regiões muito claras e muito escuras.
Resposta
A faixa dinâmica linear de um sistema é o intervalo de amplitudes de entrada
dentro do qual a saída permanece proporcional à entrada
sem que o ruído submerja o sinal nem que ocorram distorções por saturação ou efeitos não lineares. Quantifica-se pela razão
, frequentemente expressa em decibéis como
Essa faixa é limitada abaixo pelo ruído do sistema e acima pelas não linearidades dos componentes. Técnicas como AGC, dithering e compressão de gama são usadas para maximizar ou melhor explorar essa faixa em aplicações de áudio, instrumentação e imageamento.