señales y sistemas

CAPÍTULO UNO

SEÑALES Y SISTEMAS
1.1 Introducción

Los conceptos de señales y sistemas surgen en una gran variedad de campos y las ideas y técnicas
asociadas con estos conceptos juegan un papel importante en áreas tan diversas de la ciencia y la
tecnología como las comunicaciones, la aeronáutica, sistemas de generación y distribución de energía,
diseño de circuitos, acústica, etc. En estecapítulo introducimos la idea básica sobre la descripción y
representación matemática de señales y sistemas y sus clasificaciones. También se definen varias
señales básicas importantes, especialmente sobre sistemas lineales, las cuales son esenciales para
nuestros estudios posteriores.
El análisis de un sistema lineal se facilita frecuentemente utilizando un tipo específico de señales deexcitación o una determinada representación de señales. Por esta razón, es conveniente incluir el
análisis de señales y sus propiedades en un estudio de sistemas lineales. Además del análisis nos
interesa también la síntesis de sistemas. De hecho, la síntesis o diseño de sistemas constituye la parte
creativa de la ingeniería. De aquí que para abordar el diseño de sistemas primero se debe aprendera
analizarlos. Este texto está orientado principalmente al análisis de ciertos tipos de sistemas lineales; sin
embargo, debido a que los tópicos de diseño y análisis están íntimamente relacionados, este estudio
proporciona las bases para un diseño elemental.
El análisis de sistemas puede dividirse en tres aspectos:
1.

El desarrollo de un modelo matemático apropiado para el problema físicobajo consideración. Esta
parte del análisis se dedica a la obtención de “ecuaciones dinámicas”, condiciones iniciales o de
frontera, valores de parámetros, etc. En este proceso es donde el juicio, la experiencia y laa
experimentación se combinan para lograr el desarrollo de un modelo apropiado. En esta forma,
este primer aspecto es el más difícil de desarrollar formalmente.

2.

Después deobtener un modelo apropiado, se resuelven las ecuaciones resultantes para encontrar
soluciones de diversas formas.

3.

Luego, la solución del modelo matemático se relaciona o interpreta en función del problema físico.
Es conveniente que el desarrollo del modelo sea lo más exacto posible de manera que se puedan
hacer interpretaciones y predicciones significativas concernientes al sistemafísico. No obstante, se
debe señalar que mientras más exacto sea un modelo, mayor es la dificultad para obtener una
solución matemática y una realización física.

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1.2 Señales y Clasificación de Señales

Los términos señales y sistemas, en la forma en que se usan generalmente, tienen diferentes
significados. En consecuencia, cualquier intento para dar una definición general precisa, ouna
definición en el contexto de la ingeniería no sería muy productivo. Normalmente el significado de estos
términos se extrae del contenido del texto. Una señal es una función de una variedad de parámetros,
uno de los cuales es usualmente el tiempo, que representa una cantidad o variable física, y típicamente
contiene información o datos sobre la conducta o naturaleza de un fenómeno. Lasseñales pueden
describir una variedad muy amplia de fenómenos físicos. Aunque las señales pueden representarse en
muchas formas, en todos los casos, la información en una señal está contenida en un patrón que varía
en alguna manera. Por ejemplo, el mecanismo vocal humano produce sonidos creando fluctuaciones en
la presión acústica. Diferentes sonidos, usando un micrófono para convertir la presiónacústica en una
señal eléctrica, corresponden a diferentes patrones en las variaciones de la presión acústica; el sistema
vocal humano produce sonidos inteligibles, generando secuencias particulares de estos patrones. Otros
ejemplos son una imagen monocromática; en este caso es importante el patrón de variaciones en el
brillo y los diferentes matices existentes entre los colores blanco y...