Una señal eléctrica es una cantidad eléctrica cuya variación en el tiempo transmite información desde una fuente a un destino .
La cantidad eléctrica considerada para la transmisión y procesamiento de la señal puede ser directamente la diferencia de potencial o la intensidad de una corriente eléctrica ; o bien una modulación de la amplitud , frecuencia o fase de una variación periódica de estas magnitudes, que se denomina portadora ; en las comunicaciones digitales por módem , reglas complejas gobiernan la modulación para ocupar mejor el ancho de banda asignado.
La comunicación a una distancia del mismo orden de magnitud o mayor que la longitud de onda mínima de la señal requiere atención a la teoría de las líneas de transmisión .
Las señales eléctricas se distinguen generalmente por la naturaleza de la información que transmiten.
El código Morse , inventado en 1832, asocia con una secuencia de variaciones en el tiempo de una señal lógica un símbolo, tomado de una lista de 54 posibles. Constituye así la primera señal eléctrica digital.
Por otro lado,
Por otro lado, la señal puede transmitir información continua o discreta. Actualmente, aunque existen señales analógicas discretas y señales digitales continuas, existen principalmente señales analógicas continuas - con la notable excepción de la imagen de video analógica, que es discreta y síncrona - y señales digitales discretas.
La conversión de una señal continua en una señal discreta se realiza mediante un muestreo , donde el valor instantáneo de la señal se eleva a intervalos regulares, seguido de una cuantificación , que hace corresponder a este valor el más apropiado de los posibles valores, y de una codificación , que transforma este valor en una disposición de valores lógicos.
| continuado | discreto | |
|---|---|---|
| Señal analoga | Señal de un transductor o sensor (por ejemplo, micrófono ). | Señal de luminancia de un punto en video analógico. |
| Señal lógica | Señal del pulsador de control de un interruptor de control remoto en una instalación eléctrica. Señal de reloj. | Señales de un sistema lógico síncrono. |
| Señal digital | Señal de una rueda codificadora , un sensor de posición óptico. | Señales analógicas convertidas en señales digitales. |
A menudo, la señal completa se divide en varios componentes que pueden transmitirse en paralelo en varios canales o combinarse multiplexando en una señal compuesta.
Ejemplo de señales compuestas:Se puede considerar que una señal digital es un compuesto de señales lógicas transmitidas de forma simultánea o secuencial, cada una de las cuales representa un bit de la información digital que transporta.
En electrónica se utilizan con frecuencia señales que transmiten una cantidad muy pequeña de información, perfectamente conocida, para verificar el funcionamiento de los circuitos.
Para señales analógicas, una señal sinusoidal permite muchas medidas; Las señales cuadradas , triangulares y de diente de sierra también pueden ser de alguna utilidad. Los sistemas de análisis automatizados suelen utilizar chirp .
El patrón de barras u otros patrones más complejos utilizados para el conjunto de prueba de todos los canales de la señal de televisión compuesta.
En la informática en red, el ping es una señal de prueba que no transmite nada más que una solicitud de respuesta de la máquina remota.
Las señales eléctricas analógicas reflejan con mayor frecuencia variaciones en magnitudes físicas, por ejemplo, temperatura o presión sonora . Los transductores o sensores realizan el procesamiento, generalmente lo más lineal posible, de la magnitud original en una señal eléctrica.
Los modelos matemáticos que dan cuenta de señales analógicas consideran valores definidos sobre el conjunto de números reales, desde menos infinito hasta más infinito, con precisión temporal infinita y en tiempo infinito. Las señales eléctricas reales que pasan a través de los dispositivos de hardware son necesariamente limitadas
Además, todas las señales analógicas reales se ven afectadas por el ruido de fondo . La relación señal / ruido es uno de los indicadores de la calidad de la transmisión, así como la tasa de distorsión armónica total e intermodulación .
La más simple de las señales de reloj indica el momento de activación mediante una transición entre dos niveles. El tiempo de subida (o bajada) de este paso es una característica importante de la señal.
En la televisión analógica, la señal compuesta de una imagen negra se utiliza para la sincronización.
Los estándares deben definir las tensiones o transiciones eléctricas correspondientes al valor verdadero o 1 y al valor falso o 0.
Ejemplos:Las características de los circuitos indican el fan-out , es decir la capacidad de estos para suministrar o absorber corriente para mantener en su salida la tensión correspondiente al valor que deben transmitir. La composición de circuitos con CMOS y TTL requiere adaptaciones para evitar niveles intermedios, cuyo significado es indeterminado.
La codificación de línea se refiere a señales de transmisión en serie y, con mayor frecuencia, utiliza circuitos de interfaz.
Se puede transmitir una señal eléctrica digital
Una señal eléctrica digital se caracteriza por su velocidad expresada en bits por segundo.
En los enlaces seriales, la señal de reloj se transmite generalmente al mismo tiempo que los datos (por ejemplo, codificación Manchester ).
A menudo transmitimos más bits de los necesarios,
Para aumentar la velocidad de transmisión se utilizan complejos protocolos de módem que crean varios canales en el mismo cable y aprovechan al máximo su ancho de banda analógico.
La idea de utilizar la electricidad para señales de transmisión sigue de cerca su descubrimiento a principios del XVII ° siglo . En 1774, Georges-Louis Le Sage inventó un telégrafo que funciona con electricidad estática con veinticuatro conductores en paralelo. Los inventos de la batería eléctrica de Volta y el electroimán de François Arago permitirán el desarrollo del telégrafo, que se desarrolla de manera deslumbrante a partir de 1840 con el sistema de Samuel Morse , que utiliza una señal digital serial y ya no paralela como sus antecesores. . Telegrafía sin hilos, la portadora de alta frecuencia interrumpido, se desarrolla a partir del trabajo de Guglielmo Marconi , en los primeros años del XX ° siglo . El teléfono que inventó Alexander Graham Bell en 1876 marcó la aparición de una señal eléctrica analógica. Numerosas señales lógicas se desarrollan a partir de la señal de llamada telefónica para puertas de entrada y otras aplicaciones similares, perfeccionadas en paneles indicadores. Es al mismo tiempo que data la invención de la señal del reloj, que sincroniza diales distribuidos en una ciudad oa lo largo de una línea de ferrocarril, y los primeros autómatas , que procesan señales lógicas, aplicando las reglas del álgebra de Boole .
La invención del triodo que permite la amplificación de la señal permite el desarrollo del teléfono a larga distancia y la aparición de la radiodifusión sonora, a partir de 1920.
Es en la segunda mitad del XX XX siglo el desarrollo de las electrónica permite la conversión de señales analógicas en señales digitales, basándose en consideraciones teóricas de Harry Nyquist y Claude Shannon cuya teorema gobierna el muestreo de la señal, antes de su cuantificación .