Analógica 2: señal

Un sistema por lo general está compuesto en su primera etapa por una señal física que queremos medir, con un sensor, y que se transforma a una señal eléctrica. Ésta señal tiene unas características y necesita de un acondicionamiento.

Hay muy distintos tipos de señales, por ejemplo: eléctricas, ópticas, radiadas y acopladas capacitiva e inductivamente.

Para el análisis, y mejorar la representación de la señal de entrada, usamos un equivalente, bien sea de Thevenin (si nos conviene que sea en tensión), o de Norton (en corriente).

Ahora vamos a ver las diferentes características que definen a una señal:

Amplitud, nivel y rango

Una señal suele estar compuesta por 2 componentes: una contínua y/o una alterna. A la componente contínua se la asocia con el nivel, y a la alterna con la amplitud.

La señal puede ser periódica y de valor medio conocido. En éste caso el valor medio es el nivel. Sería el caso de una senoidal pura superpuesta a un nivel de continua. Muy bonito. Veamos sus características:

Como veis, se puede extraer fácilmente el nivel, que coincide con el valor medio, se puede calcular una amplitud en un tiempo determinado (al ser una senoidal tendrá una frecuencia, una amplitud máxima…), y la amplitud pico a pico, así como el mínimo.

También hay otras señales que son de valor desconocido y desconociendo el valor medio. En ése caso tomamos el nivel como el valor mínimo y la amplitud máxima como el pico máximo menos el nivel:

Impedancia de salida

Ésto es muy importante porque cuando en un sistema tenemos algo como ésto:

Lo que tenemos es un divisor de tensión, y entra en juego lo que llamaremos el factor de desadaptación de impedancias (que al fin y al cabo no es más que la fórmula del divisor):

Ve = Señal*(Ze/(Ze+Zs))

También ocurre con un equivalente de Norton, pero entonces es un divisor de corriente:

Ie = Señal*(Zs/(Zs+Ze))

Lo normal es que cuando tenemos un equivalente de Thevenin, que la fuente es de tensión, la impedancia sea baja, mientras que con el equivalente de Norton y su fuente de corriente, la impedancia sea alta.

¿Cómo mido la impedancia de un sistema?

• Con el equivalente de de Thevenin o Norton (¡No me digas!)
• Con un cálculo de tensión a circuito abierto y de corriente en cortocircuito (ésto no lo hagáis en la práctica…), de forma que Z = V/I, de toda la vida
• El cálculo con fuentes dependientes. Ésto ya lo puse en Electricidad II. Se cortocircuitan las fuentes de tensión y se abren las de corriente (independientes), se añade una fuente virtual de valor conocido (V o I) y se calcula el otro valor (I o V), volvemos a que: Z=V/I.
• Experimentalmente, que mola más. Medimos la tensión a circuito abierto (Va), ponemos un potenciómetro en “modo resistencia variable”, y variamos el potenciómetro hasta que obtenemos una V=Va/2. En éste punto, la resistencia del potenciómetro es la misma que la impedancia de salida.

Tipología de la señal

Directamente con los distintos tipos:

• Single Ended: un terminal coincide con masa:

• Pseudo-diferencial: un terminal tiene un potencial fijo distinto a 0 y el otro es variable:

• Diferencial: los dos terminales tienen un potencial variable:

Además, podemos clasificarlos también según la conexión de la masa:

• Grounded: la masa de la señal es igual a la del sistema
• Flotante: no coinciden

Ancho de banda

Es el rango de frecuencias en el que se hallan todas las componentes frecuenciales de la señal. Dicho más sencillamente:

BW = fmáx – fmín

Puede ser

• Estrecho: hay poca variación de frecuencia alrededor de una central (p.ej. un sistema DC)
• Amplio: entre ésto encontraríamos varios sistemas como sensores de sonido y vibración (0-10Khz), señales transitorias, audio (20hz – 20Khz), radio (20khz – 100Mhz) o video (0 – 150Mhz)

Éstas son todas las características que se le pueden atribuir a la señal que vamos a procesar. Lo próximo es caracterizar el sistema de procesado.