Naturaleza de las señales

En la naturaleza existen diversas formas de energía que impresionan a nuestros sentidos bajo la forma de señales y que actúan de diferentes maneras. Por ejemplo llegan al oído bajo la forma de señales acústicas o a nuestros ojos bajo la forma de señales luminosas. En física se dice que estas señales se presentan como formas o frentes de ondas que tienen una determinada intensidad o potencia y también una composición de frecuencias de repetición y que al variar en el tiempo cualquiera de estas magnitudes de manera impredecible constituyen señales de información.
Cuando se diseñan los circuitos electrónicos para ser utilizados en los sistemas de comunicación, frecuentemente es necesario analizar y predecir el funcionamiento del mismo mediante el “análisis de señales”, utilizando poderosas herramientas matemáticas como el “análisis de Fourier” para determinar por ejemplo su distribución de potencia y la composición de frecuencias de las señales que transportan información. Estas señales pueden estar representadas por funciones senoidales o cosenoidales de frecuencia sencilla o de forma de onda compleja que se pueden representar por una sumatoria de funciones seno o coseno.

Señales senoidales
El análisis de señ ales es en esencia el análisis matemático de la frecuencia, el ancho de banda ocupado por la señal y el nivel o amplitud de la misma representada por ejemplo por una tensión o una corriente eléctrica. Las señales eléctricas son variaciones de tensión o de corriente con respecto al tiempo que pueden expresarse por una función seno o coseno o por una sumatoria de todas ellas. Matemáticamente, la forma de onda más sencilla y de una determinada frecuencia de una tensión o una corriente eléctrica es:


En donde:
v(t) = onda de voltaje que varía en forma senoidal o cosenoidal con el tiempo
i(t) = onda de corriente que varía en forma senoidal o cosenoidal con el tiempo
Vm = valor máximo o de pico (Volts)
Im = valor máximo o de pico (Amperes)
f = frecuencia (Hertz)

Características de las señales periódicas

Para conocer las características de las señales que se transmiten por los medios de comunicación es imprescindible el estudio de las señales periódicas. Se dice que una señal es periódica, de período T, cuando resulta:

  para todo valor de n

En efecto, la siguiente figura nos muestra una señal de estas características, donde T es el período que debe satisfacer la ecuación anterior

 

La función senoidal de armónica simple

Una de las formas más comunes de las señales analógicas es la función senoidal de armónica simple. Esta señal es la que se genera cuando una espira de alambre gira a una velocidad angular constante en el interior de un campo magnético generado por los polos de un imán. Este equipo se denomina alternador de una espira, y la fuerza electromotriz que se induce en la espira está dada por la siguiente expresió n: 

 donde

La frecuencia y el período están relacionados por la siguiente expresió n:

A su vez la frecuencia y la pulsació n están relacionadas por la siguiente expresió n:

Una serie de formas de ondas seno, coseno o cuadradas son ejemplos de ondas periódicas. Las ondas periódicas pueden analizarse ya sea en el dominio del tiempo o en el dominio de la frecuencia
 

Dominio del tiempo

Una forma de onda de una señal muestra la forma y magnitud instantánea de la señal, con respecto a tiempo, pero no necesariamente indica su contenido de frecuencia. La siguiente figura nos muestra una forma de onda senoidal de una determinada frecuencia, con su amplitud máxima o de pico de V voltios, una frecuencia de f hertz y una fase inicial para t = 0 de cero radianes. Es decir que para cada instante de tiempo se puede obtener un valor instantáneo de la amplitud de la onda en cuestión cuya envolvente responde a una función senoidal. Obsérvese que durante el período T la función adopta los valores matemáticos comprendidos entre 0 y 2π radianes
 

Valor eficaz de una señal alterna
Para una señ al alterna de tipo senoidal, el valor eficaz o efectivo es: 

 

Físicamente, el valor eficaz de una señ al alterna puede interpretarse como el valor que debería tener una señal de valor constante en el tiempo y que ocasione el mismo efecto sobre una carga que la señal alterna. Matemáticamente, para cualquier forma de onda, el valor efectivo o valor cuadrático medio de una función (r.m.s.) está definido como

Valor medio de una señal
Se define como el valor medio de la señ al dentro de un intervalo de tiempo.

http://es.scribd.com/doc/39227402/analisis-de-senales