Escuela de Ingeniera Mecatrnica

_____________________________________________________________________________ Electrnica Digital 2015- I Ing. Luis Vargas Daz

LECTURA 02

TEMA: SEALES ANALGICAS Y SEALES DIGITALES

Uno de los grandes retos del hombre es el de manipular, almacenar, recuperar y transportar la

informacin que tenemos del mundo en el que vivimos, lo que nos permite ir progresando poco

a poco, cada vez con ms avances tecnolgicos que facilitan nuestra vida y que nos permiten

encontrar respuestas a preguntas que antes no se podan responder.

Ahora estamos viviendo un momento en el que esa capacidad de manipulacin,

almacenamiento, recuperacin y transporte de la informacin est creciendo exponencialmente,

lo que nos convierte en lo que los socilogos llaman la Sociedad de la informacin, y que tendr

(de hecho ya tiene) grandes implicaciones sociales.

Electrnica analgica

Con la aparicin de la electrnica las posibilidades para desarrollar esas capacidades

aumentaron considerablemente. Para comprender los principios de la electrnica analgica, nos

centraremos en un ejemplo concreto: la manipulacin, almacenamiento, recuperacin y

transporte de una voz humana.

Cuando hablamos, nuestras cuerdas vocales vibran de una determinada manera, lo que origina

que las molculas del aire tambin lo hagan, chocando unas con otras y propagando esta

vibracin en forma de ondas de presin. Si no existiesen esas molculas, como en el espacio, el

sonido no se podra propagar.

Si medimos la vibracin de estas ondas de presin, durante un intervalo corto de tiempo, y la

graficamos, podra tener una curva como la que se muestra en la figura 1. A esta vibracin la

llamaremos seal acstica.

Fig1. Onda de seal acstica

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Cuando esta seal acstica incide sobre un micrfono, aparece una seal elctrica que tiene una

forma anloga a la de la seal acstica. Las vibraciones de las molculas se han convertido en

variaciones del voltaje, que al final se traducen en vibraciones de los electrones. Es decir, que

con los micrfonos lo que conseguimos es que los electrones vibren de una manera anloga a

cmo lo hacen las ondas de presin en el aire.

Esta nueva seal elctrica que aparece, se denomina seal analgica, puesto que es anloga a

la seal acstica original. De esta manera, con seales elctricas conseguimos imitar las seales

del mundo real. Y lo que es ms interesante, conseguimos que la informacin que se encuentra

en la vibracin de las ondas de presin en el aire, pase a los electrones. Cuanto mejor sea el

micrfono, ms se parecer la seal elctrica a la acstica, y la informacin se habr copiado

con ms fidelidad.

Fig2. Conversin de una seal acstica en una seal elctrica anloga

La electrnica analgica trata con este tipo de seales, anlogas a las que hay en el mundo

real, modificando sus caractersticas

Fijmonos en el esquema de la figura3 La persona que habla emite una seal acstica que es

convertida en una seal electrnica analgica por el micrfono. Estas dos seales son muy

parecidas, pero la que sale del micrfono es ms pequea. Por ello se introduce en un circuito

electrnico, llamado amplificador, que la agranda (la ha manipulado).

A continuacin esta seal se puede registrar en una cinta magntica de audio. Lo que se graba

es una copia de la seal, pero ahora convertida a seal magntica. En cualquier momento la

seal se puede volver a recuperar, convirtindose de seal magntica nuevamente a seal

elctrica. Una parte del sistema se ha llamado sistema de transmisin-recepcin indicndose

con esto que la seal elctrica se puede transportar (Por ejemplo el sistema telefnico).

Finalmente se introduce por un altavoz que realiza la conversin inversa: pasar de una seal

elctrica a una acstica que se puede escuchar.

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Fig3. Sistema de tratamiento de voz con electrnica analgica

Los problemas de los sistemas analgicos son:

1. La informacin est ligada a la forma de la onda. Si esta se degrada, se pierde o altera la informacin

2. Cada tipo de seal analgica necesita de unos circuitos electrnicos particulares (No es

lo mismo un sistema electrnico para audio que para vdeo, puesto que las seales

tienen caractersticas completamente diferentes).

Electrnica digital

Existe otra manera de modificar, almacenar, recuperar y transportar las seales, solucionando

los problemas anteriores. Es un enfoque completamente diferente, que se basa en convertir las

seales en nmeros.

Existe un teorema matemtico (teorema de muestreo de Nyquist) que nos garantiza que

cualquier seal se puede representar mediante nmeros, y que con estos nmeros se puede

reconstruir la seal original.

De esta manera, una seal digital, es una seal que est descrita por nmeros. Es un conjunto

de nmeros. Y la electrnica digital es la que trabaja con seales digitales, o sea, con nmeros.

Son los nmeros los que se manipulan, almacenan, recuperan y transportan.

Reflexionemos un poco. Estamos acostumbrados a escuchar el trmino televisin digital, o

radio digital. Qu significa esto? Significa que lo que nos estn enviando son nmeros!!!!!

Que la informacin que nos envan est en los propios nmeros y no en la forma que tenga la

seal que recibidos. Y qu es un sistema digital?, un sistema que trabaja con nmeros.

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Y un circuito digital? Un circuito electrnico que trabaja con nmeros. Y slo con nmeros!!

Si nos fijamos, con un ordenador, que es un sistema digital, podemos escuchar msica o ver

pelculas. La informacin que est almacenada en el disco duro son nmeros.

En la figura4 muestra un sistema digital. La seal acstica se convierte en una seal elctrica,

y a travs de un conversor analgico-digital se transforma en nmeros, que son procesados

por un circuito digital y finalmente convertidos de nuevo en una seal electrnica, a travs de

un conversor digital-analgico, que al atravesar el altavoz se convierte en una seal acstica.

Fig4. Sistema de procesamiento digital

El utilizar circuitos y sistemas que trabajen slo con nmeros tiene una ventaja muy importante:

se pueden realizar manipulaciones con independencia de la seal que se est introduciendo:

datos, voz, vdeo... Un ejemplo muy claro es internet. Internet es una red digital, especializada

en la transmisin de nmeros. Y esos nmeros pueden ser datos, canciones, vdeos,

programas, etc... La red no sabe qu tipo de seal transporta, slo ve nmeros.

La electrnica digital trabaja con nmeros. La informacin est en los nmeros y no en la forma

de seal. Cualquier seal siempre se puede convertir a nmeros y recuperarse posteriormente.

Son muchas las razones que han favorecido el uso extensivo de los sistemas digitales, entre

ellas:

Mayor fiabilidad en el procesamiento y transmisin de la informacin frente a los sistemas

analgicos, ya que una pequea degradacin de la seal no influir en el sistema digital en su

valor (o en su influencia como entrada en un circuito digital).

Sin embargo, en un circuito analgico, cualquier pequeo cambio que se pueda producir en la

seal propiciar la prdida de informacin en la misma.

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Disposicin de un soporte matemtico adecuado para su desarrollo, en concreto, el

lgebra de Boole.

Dominio de las tecnologas de fabricacin adecuadas. Se pueden conseguir menores

dimensiones y consumo de energa con componentes digitales que con los analgicos.

Contar con una amplia distribucin comercial gracias a sus diversas aplicaciones en

mltiples campos.

Comparativa entre una seal analgica y una seal digital

Fig5. Seal analgica y seal digital

En la Figura5, la seal inferior corresponde a la digitalizacin de la seal analgica que se

observa en la parte superior, y contiene informacin suficiente para poder reconstruir la seal

digital.

En la seal analgica se puede observar que en amplitud (verticalmente en el grfico) la seal

puede tener infinitos valores dentro de su rango de operacin. Tambin se puede observar en

esta seal analgica que en el tiempo (horizontalmente en el grfico) existe algn valor de la

seal para cualquier instante, es decir que la seal es una funcin continua en el tiempo.

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En la seal digital podemos observar que la amplitud (verticalmente en el grfico) ha sido

cuantificada, es decir que solamente existe un nmero finito de valores posibles para la amplitud.

En cuanto al tiempo tambin se puede observar en la seal digital que solamente se toma la

amplitud de la seal digital en ciertos puntos del tiempo (tiempo de muestreo) manteniendo la

amplitud constante hasta el siguiente punto de muestreo, esto da la forma de escalones a la

seal digital. Esto implica que la seal digital pierde informacin tanto en amplitud como en el

tiempo, por lo cual debe tenerse cuidado de elegir correctamente el nmero de niveles de

cuantificacin y tambin el tiempo de muestreo.

Todas las tecnologas modernas (Internet, telefona mvil, radio, televisin, instrumentacin,

control industrial, etc.) estn basadas en el uso de este tipo de sistemas, por lo que el estudio de

las mismas resulta de gran importancia para cualquier especialista que trabaje en este mbito.

Termmetro:

En el termmetro de mercurio si nuestra vista fuera lo suficientemente precisa podramos percibir

la diferencia entre una centsima o milsima y otra y medir temperaturas como 37,214 C.

El termmetro digital, en cambio, no puede detectar ningn valor intermedio entre una dcima y

la siguiente.

Relojes:

Las agujas pueden estar en infinitas posiciones, mientras que el reloj digital no puede tomar

valores intermedios.