Fundación Colegio Universitario Misión Sucre de Caracas

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Redes de Telecomunicaciones Prof.: Ing. Oswaldo PalomaresSección Única de Ing. Sistemas, Turno “C”

15 Julio 2009

Señales

Es la representación de un fenómeno físico o estado material a través de una relación establecida; las entradas y salidas de un sistema electrónico serán señales variables.

En electrónica se trabaja con variables que toman la forma de Tensión o corriente estas se pueden denominar comúnmente señales. Las señales primordialmente.

Tipos de señales.

Señales Continuas ó (Analógicas).

La señal analógica es aquella que presenta una variación continua con el tiempo, es decir, que a una variación suficientemente significativa del tiempo le corresponderá una variación igualmente significativa del valor de la señal (la señal es continua).                 

Toda señal variable en el tiempo, por complicada que ésta sea, se representa en el ámbito de sus valores (espectro) de frecuencia. De este modo, cualquier señal es susceptible de ser representada descompuesta en su frecuencia fundamental y sus armónicos. El proceso matemático que permite esta descomposición se denomina análisis de Fourier.

Un ejemplo de señal analógica es la generada por un usuario en el micrófono de su teléfono y que después de sucesivos procesos, es recibida por otro abonado en el altavoz del suyo.

Es preciso indicar que la señal analógica, es un sistema de comunicaciones de las mismas características, mantiene dicho carácter y deberá ser reflejo de la generada por el usuario. Esta necesaria circunstancia obliga a la utilización de canales lineales, es decir canales de comunicación que no introduzcan deformación en la señal original.            

Las señales analógicas predominan en nuestro entorno (variaciones de temperatura, presión, velocidad, distancia, sonido etc.) y son transformadas en señales eléctricas, mediante el adecuado transductor, para su tratamiento electrónico.La utilización de señales analógicas en comunicaciones todavía se mantiene en la transmisión de radio y televisión tanto privada como comercial. Los parámetros que definen un canal de comunicaciones analógicas son el ancho de banda (diferencia entre la máxima y la mínima frecuencia a transmitir) y su potencia media y de cresta.

Ejemplo de una Señas Analógica:

Señales Digitales ó (discretas):

Una señal digital es aquella que presenta una variación discontinua con el tiempo y que sólo puede tomar ciertos valores discretos. Su forma característica es ampliamente conocida: la señal básica es una onda cuadrada (pulsos) y las representaciones se realizan en el dominio del tiempo.

Sus parámetros son:

Altura de pulso (nivel eléctrico) Duración (ancho de pulso) Frecuencia de repetición (velocidad pulsos por segundo).

Las Señales Digitales no se producen en el mundo físico como tales, sino que son creadas por el hombre y tiene una técnica particular de tratamiento, y como dijimos anteriormente, la señal básica es una onda cuadrada, cuya representación se realiza necesariamente en el dominio del tiempo.

La utilización de Señales Digitales para transmitir información se puede realizar de varios modos: el primero, en función del número de estados distintos que pueda tener. Si son dos los estados posibles, se dice que son binarias, si son tres, ternarias, si son cuatro, cuaternarias y así sucesivamente. Los modos se representan por grupos de unos y de ceros, siendo, por tanto, lo que se denomina el contenido lógico de información de la señal. La segunda posibilidad es en cuanto a su naturaleza eléctrica. Una señal binaria se puede representar como la variación de una amplitud (nivel eléctrico) respecto al tiempo (ancho del pulso).

Resumiendo, las señales digitales sólo pueden adquirir un número finito de estados diferentes, se clasifican según el número de estados (binarias, ternarias, etc.)Y según su naturaleza eléctrica (unipolares y bipolares).

Ejemplo de una Señas Digital ó Discreta:

Señal Analógica

La función resultante en los ejes valor-tiempo es continua, al contrario de la digital.

Señal Digital

La función resultante en los ejes valor-tiempo es lineal de tipo discontinuo.

Conversión Analógica-Digital

Una señal digital varía de forma discreta o discontinua a lo largo del tiempo. Parece como si la señal digital fuera variando «a saltos» entre un valor máximo y un valor mínimo.

Por otra parte, una señal analógica es una señal que varía de forma continua a lo largo del tiempo. La mayoría de las señales que representan una magnitud física (temperatura, luminosidad, humedad, etc.) son señales analógicas. Las señales analógicas pueden tomar todos los valores posibles de un intervalo; y las digitales solo pueden tomar dos valores posibles

Digitalización

Un ordenador o cualquier sistema de control basado en un microprocesador no pueden interpretar señales analógicas, ya que solo utiliza señales digitales. Es necesario traducir, o transformar en señales binarias, lo que se denomina proceso de digitalización o conversión de señales analógicas a digitales.

En la gráfica inferior se observa una señal analógica, que para ser interpretada en un ordenador ha de modificarse mediante digitalización. Un medio simple es el muestreado o sampleado. Cada cierto tiempo se lee el valor de la señal analógica.Si el valor de la señal en ese instante está por debajo de un determinado umbral, la señal digital toma un valor mínimo (0).

Cuando la señal analógica se encuentra por encima del valor umbral, la señal digital toma un valor máximo (1).

El momento en que se realiza cada lectura es ordenado por un sistema de sincronización que emite una señal de reloj con un período constante. Estas conversiones analógico-digitales son habituales en adquisición de datos por parte de un ordenador y en la modulación digital para transmisiones y comunicaciones por radio.

Digitalizamos la evolución de la temperatura ambiente

Con un termómetro, con un rango entre 0 y 40 ºC, medimos la temperatura ambiente en la calle, realizando lecturas desde las 8 hasta las 20 horas.

Representamos los valores en un gráfico y unimos los puntos. Obtenemos una señal analógica que indica la evolución de la temperatura a lo largo del día.

Trazamos una recta horizontal que coincida con el valor 20 ºC. Dibujamos otra gráfica representando los impulsos de valor constante altos o bajos, según esté el valor

de la temperatura en cada instante por encima o por debajo de la recta horizontal. El resultado será la digitalización de la temperatura.

Señales de Tiempo Discreto

1. Una señal de tiempo discreto o secuencia se escribe como x(n), siendo la variable independiente n un numero entero y −1 < n < 1.

2. x(n) no esta definida entre dos muestras sucesivas.3. ¿x(n) = 0, si n /2 N?4. Simplemente x(n) no esta definida en este caso.5. x(n) es la muestra enésima de la señal (¿Cual señal?) (Pues de {x(n)})Sea que x(n) = xa (nTs) o que x(n) sea naturalmente discreta.

Señales de tiempo discreto

1. Representación funcional:

0,9n, n _ 0; 0, n < 0

2. Representación tabularn . . . -1 0 1 2 3 . . .x(n) . . . 0 1 2 4 8 . . .

3. Representación en secuencial:x(n) = {. . . , 0,1, 2, 4, 8, . . . }

4. Secuencia de duración finita:x(n) = {3,−1,−2, 4, 8,−4}

Clasificación de los sistemas de tiempo discreto

Sistemas lineales y alinéales, los sistema lineales son aquellos que satisfacen el principio de superposición.

1. Un sistema relajado es lineal si y solo si:T [a1x1(n) + a2x2(n)] = T [a1x1(n)] + T [a2x2(n)]

para cualquier par de secuencias arbitrarias de entrada x1(n) y x2(n), y cualquier par de constantes arbitrarias a1 y a2. Ej. y(n) = x(n2).

Sistemas causales y no causales, los sistemas causales

Son aquellos en los que la salida y(n) solo depende del valor actual de la entrada x(n) y de los valores pasados de esta [x(n − 1), x(n − 2), . . .].

En un sistema causal la salida y(n) se expresa en la forma y

x(n) =

(n) = F[x(n), x(n − 1), x(n − 2), . . .] Siendo F[·] una función arbitraria. Ej. y(n) = Pn k=−1 x(k).

Un sistema que no es causal se denomina no causal. Ej. y(n) = x(2n)

Sistemas estables e inestables

Un sistema se define estable en el sentido entrada acotada-salida acotada, en ingles bounded input-bounded output –BIBO–, si y solo si una entrada arbitraria acotada produce una salida también acotada.

a) Sean Mx < 1 y My < 1.b) Si |x(n)| < Mx, 8 n.c) Siendo el sistema estable, será x(n) T −! y(n), tal que |y(n)| < My.d) ¿Ejemplos?

Si un sistema no es estable en el sentido descrito se define inestable en el mismo sentido: al menos una entrada acotada produce una salida noAcotada.

Instrumentos de Representación Graficas de Señales

Osciloscopio

Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.

Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría.

Utilización

En un osciloscopio existen, básicamente, dos tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se pueden ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera medir.

El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El

segundo regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios, milivoltios, microvoltios, etc., dependiendo de la resolución del aparato).

Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de esta para, en consecuencia, conocer el valor de la señal a medir, tanto en tensión como en frecuencia.

En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a una computadora personal o pantalla LCD.En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital. Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al máximo.

Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan etapas analógicas y digitales.

MEMOCAL 2000

Representación fasorial de una onda senoidal

Analizador de Espectros

Diagrama en Bloques del Analizador de Espectros

Muestreo de Señal

Graficas representativas de cada uno de los muestreos

Inciso A: Señal Analógica de Banda Limitada.

Inciso B: Tren de Pulsos (Encargado de generar las muestras de la Señal Analógica).

Inciso C: Señal Modulada por Amplitud de Pulsos.

EL GENERADOR DE ONDA DIGITAL el generador de palabra (XWG1)

www.tu-electronica.com

www.elmundoelectronics.com

www.wikipedia.com

Saber Electrónica (Revista de Colección), Fascículo: 40, Paginas: 6 a la 11, Fascículo: 166, Paginas: 11 y 12 y Fascículo: 205 Paginas: 37 a la 41.

Procesamiento digital de la señal Señales y sistemas de tiempo discreto Alfonso Zozaya Universidad de Carabobo (UC) Departamento de Electrónica y Comunicaciones Valencia, Venezuela, febrero de 2004