INTRODUCCIÓN A LAS SEÑALES ELÉCTRICAS

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1 /07/07 ELECRÓNIC BÁSIC EM INRODUCCIÓN LS SEÑLES ELÉCRICS SEÑLES ELÉCRICS Objeivos prender el concepo de variable de señal y su definición a parir de las magniudes físicas fundamenales. prender a clasificar señales según diferenes crierios. Conocer las señales desacables así como aprender a calcular los parámeros y las especificaciones que las definen. Índice Inroducción Energía y carga Variables de señal Señal elécrica Clasificación de señales Señales desacables Parámeros de señales Especificaciones de señal

2 /07/07 SEÑLES ELÉCRICS Ingeniería elécrica rea de conocimieno que se ocupa de los sisemas necesarios para producir, ransmiir y medir señales elécricas. Sisemas elécricos principales LIMENCIÓN CONROL CIRCUIOS ELÉCRICOS INFORMÁICOS COMUNICCIONES PROCESDO DE SEÑL 3 Circuio elécrico Modelo maemáico que aproxima el comporamieno de un sisema elécrico real. SEÑLES ELÉCRICS EORÍ DE CMPOS ELECROMGNÉICOS Ecuaciones de Maxwell Caso paricular EORÍ DE CIRCUIOS Esudio de las cargas elécricas esáicas y en movimieno Resricción Parámeros concenrados Los efecos elécricos se noan insanáneamene en odo el sisema. Dimensión < 0, λ

3 º /07/07 Energía y carga Son las dos magniudes físicas fundamenales que permien explicar los circuios elecrónicos. Movimieno de cargas SEÑLES ELÉCRICS ransferencia de energía Se mide en Culombios (C) Cargas posiivas y negaivas q-=-,6 0-9 C,7 0 8 elecrones ransfieren una energía!! de 00 J en segundo CRG ENERGÍ Se mide en Julios (J) Emisión de luz Calor Variables poco prácicas para analizar circuios! 5 hp:// SEÑLES ELÉCRICS Variables de señal Son las que se usan en la prácica para el análisis de circuios. ENSIÓN CORRIENE POENCI dw () dq dw () v () i () p () dq d d Volios mperios Waios lmacenamieno de energía ranspore de poradores de carga Consumo energéico NO: Repasa los múliplos y submúliplos del sisema inernacional hp://es.wikipedia.org/wiki/prefijos_del_si 6 3

4 /07/07 ensión elécrica SEÑLES ELÉCRICS Variación de energía (rabajo) por unidad de carga al moverse por un medio en el que exise un campo. dw () Julio v () Se mide en Volios Volio dq Culombio Graviaoria Elécrica Elásica Elevando una piedra sobre el nivel del suelo M d m Ejemplos de cómo producir ensión F Separando una carga posiiva de una negaiva ensando la cuerda de un arco d d + F F Para producir ensión hacen fala generadores que realicen un rabajo 7 ensión elécrica SEÑLES ELÉCRICS La ensión disminuye al ir recuperándose el rabajo. Es un problema de la ingeniería el poder manener una ensión para recuperar el rabajo cuando nos convenga. Graviaoria Elécrica Elásica cumular piedras en alura para dejarlas caer Baerías ó pilas Ballesa Cuano más rabajo inverido más ensión generada Los poradores (carga, masa, ec.) se mueven desde donde hay más ensión hasa donde hay menos ensión La causa de que haya una corriene (arrasre de poradores) es que hay una ensión. La causa de que exisa una ensión es la exisencia de un campo (deformación del espacio) V y V B son las ensiones absoluas de los punos y B que normalmene son imposibles de medir o calcular, por lo que se uiliza la diferencia de ensión elécrica o ensión enre los punos y B. + B V V V B B La ensión no depende del camino que siga la carga para ir de a B. + - V B 8

5 /07/07 Inensidad de corriene elécrica La inensidad de corriene en un puno de un circuio es la canidad de carga que circula a ravés de dicho puno por unidad de iempo. dq i () d Se mide en mperios i () Culombio mperio Segundo Por convenio se considera que el senido de la corriene se corresponde con el de circulación nea de las cargas posiivas. Inensidad ó corriene? vecor o escalar inensidad escalar Inensidad de Campo elécrico Corriene elécrica Circulación de coches Uilizaremos la palabra Corriene, que indica arrasre de parículas cargadas debida a una ensión producida por un campo elécrico. SEÑLES ELÉCRICS F E q q I coches I 9 Poencia Variación de la energía por unidad de iempo ó velocidad de variación de la energía. p() dw d Se mide en Waios dw dq dq d v() i() Julio Waio Segundo La poencia elécrica consumida o suminisrada por un elemeno de circuio en cualquier insane es igual al produco ensión-corriene. Convenio pasivo SEÑLES ELÉCRICS i() + v() - p() i() v() p() 0 p() 0 Poencia consumida Poencia generada 0 5

6 /07/07 SEÑLES ELÉCRICS Señal elécrica, s() Es una onda cuya magniud física es una ensión, una corriene o una poencia elécrica. Onda de sonido OND Parón que se repie en el iempo Onda de elécrica Onda sísmica Onda luminosa Cómo se represenan las señales elécricas? EXPRESIÓN NLÍIC (Ecuación maemáica) bm 0 0 s () C 0 s() EXPRESIÓN GRÁFIC (Forma de onda) ciclo pora la información cuaniaiva de la señal. No siempre se puede obener. pora la información cualiaiva de la señal. Se puede obener experimenalmene con el osciloscopio. SEÑLES ELÉCRICS Señal elécrica. Clasificación. Crierios: Son caracerísicas de las señales que permien su clasificación. Periodicidad: periódicas, no periódicas. Variación en el iempo: conínuas, alernas. Polaridad: unipolares, bipolares Forma de onda: senoidal, cuadrada, riangular Nauraleza: conínuas (analógicas), discreas (digiales) mbio: audio, video, bioelécricas Frecuencia: MBF (<0 Hz), BF (0Hz-MHz), F(MHz-GHz), MF (>GHz) 6

7 /07/07 SEÑLES ELÉCRICS Señales desacables SENOIDL RINGULR CUDRD Son muy uilizadas en prácica. Su sencillez permie que sean esudiadas cómodamene Los insrumenos miden algunos parámeros inherenes a las mismas Se obienen cómodamene en el laboraorio mediane los generadores de señal PROMX GF-3 Se Uiliza en los laboraorios básicos de elecrónica y permie ajusar los siguienes parámeros: Forma de onda mpliud Offse Frecuencia Ciclo de rabajo Genera ondas de ensión 3 Señales desacables.parámeros básicos SENOIDL RINGULR CUDRD SEÑLES ELÉCRICS s() s() / / 3/ s() sen(πf) sen( π ) - s() s() - MPLIUD v():volios [V] i(): mperios [] p(): Waios [w] PERIODO FRECUENCI f Segundos [s] Herzios [Hz] 7

8 /07/07 Señales desacables.offse Si una señal alerna se le suma una coninua, se obiene una señal resulane con un offse ó nivel de coninua superpueso. SEÑLES ELÉCRICS LERN CONINU RESULNE - s () 0 3 s() 3 C s () + = +C -+C Coninua =C +C 0 3 s () C s() +C 3 +C s() EJERCICIO: las señales de la página anerior (senoidal y cuadrada) añádeles un offse de valor C. Escribe su expresión analíica y realiza la represenación gráfica. 5 SEÑLES ELÉCRICS Señales desacables. Senoidal Imaginario s()=cos(ω+ ) Real PULSCIÓN NGULR (ω) Velocidad angular s() cos(f ) = f rad s Imaginario B Real DESFSE ENRE DOS SEÑLES (Φ) B s ()=cos(+) s B ()=Bcos() Sólo iene senido hablar de desfase cuando las señales ienen la misma frecuencia 6 8

9 /07/07 SEÑLES ELÉCRICS Señales desacables. Cuadrada CICLO DE RBJO (Duy Cycle) Porcenaje de señal a nivel alo s() H L / / 3/ s() 0 0 DC(%) H 00 El ciclo de rabajo de la señal s() será: DC(%) 00 5% EJERCICIO: Escribe se expresión analíica y realiza la represenación gráfica de una señal L (Cuadrada de ampliud 5V y ciclo de rabajo del 50%) 7 SEÑLES ELÉCRICS Especificaciones de una señal Qué son? Son parámeros que idenifican a las señales. Las especificaciones permien fijar de un modo preciso unos crierios para comparar y medir las señales. Los insrumenos de medida proporcionan alguno de esos parámeros. Cuáles son? Valor de Pico Valor de Pico a Pico Valor Medio Valor Eficaz 8 9

10 /07/07 SEÑLES ELÉCRICS Valor de Pico y de Pico a Pico VLOR DE PICO (V p ) VLOR DE PICO PICO (V pp ) Valor máximo de s() Diferencia enre la ampliud máxima y mínima de s() s() +C C -+C V p Vpp s() V p Vpp s() V p V pp Cuando se expresa el valor de pico o de pico a pico de una señal se le añade el subíndice p o pp a las unidades de medida, p.e. volios pico a pico, V pp ; amperios de pico p. El valor de pico y de pico a pico se mide direcamene con el O. 9 Valor Medio (V m ) Promedio de una señal s() a lo largo de un inervalo de iempo (normalmene un periodo) Cómo se calcula? V m = 0 s()d RE V m = s() + V m =0 - C s() V m = C SEÑLES ELÉCRICS El valor medio corresponde con el nivel de coninua (o componene coninua de la señal). Si el valor medio es nulo se dice que la señal es alerna pura. El valor medio se mide direcamene con el P y el MD, al seleccionar el modo DC. EJERCICIO: Calcula el valor medio de las siguienes señales: +C s() s() Coninua =C -+C / / 3/ 0 0

11 /07/07 SEÑLES ELÉCRICS Valor Eficaz (V ef o V rms ) Valor cuadráico medio (rms: roo mean square) Indica la poencia media que ranspora la señal Corresponde con el valor de una señal coninua que proporciona a una resisencia la misma poencia que la señal alerna considerada s() Cómo se calcula? V rms = s() d 0 V ef = El valor eficaz de una señal coninua coincide con el valor de dicha señal. l seleccionar C en el P o el MD, la lecura que proporcionan corresponde con el valor eficaz sólo si la señal de enrada es senoidal pura (sin componene coninua). lgunos MD miden el valor eficaz de cualquier señal ( verdadero valor eficaz rms: rue rms). Valor Eficaz (V ef o V rms ) Cómo se calcula el valor eficaz de una señal alerna pura con componene coninua superpuesa? V rms * V rms = s() d= V m + Vrms 0 Valor eficaz de la señal (componenes alerna y coninua) SEÑLES ELÉCRICS V m Valor medio o de coninua de la señal * V rms EJEMPLO Valor eficaz de la componene alerna C s() s()=c+ sen( ) V rms = C+ sen( ) d 0 Ó * rms m rms C V = V + V EJERCICIO: Para las señales sobre las que se pedía calcular el valor medio, calcula ahora su valor eficaz.