7. Señales de Energía y Señales de Potencia

A continuación vamos a hablar sobre las señales de energía y las señales de potencia, dos conceptos fundamentales en el ámbito de la electrónica y el procesamiento de señales. Veremos qué son, cómo se definen, qué ejemplos hay de cada una y qué ventajas y desventajas tienen.


¿Qué son las señales de energía?


Las señales de energía son aquellas que tienen una energía total finita y mayor que cero. Esto significa que la cantidad de trabajo que realizan estas señales es limitada y se puede medir mediante una integral. Estas señales suelen ser de tiempo limitado, es decir, que solo existen durante un intervalo de tiempo determinado. Por ejemplo, la onda sonora que produce una nota musical al tocar una guitarra o el chasquido de los dedos son señales de energía, ya que tienen una duración finita y una energía calculable.


La energía de una señal de energía se define como:

Esta fórmula se aplica tanto para señales reales como complejas. Para señales discretas, es decir, que solo toman valores en ciertos instantes de tiempo.


Una propiedad importante de las señales de energía es que su potencia promedio es cero. Esto se debe a que al dividir la energía finita por un tiempo infinito, el resultado tiende a cero. 


Una ventaja de las señales de energía es que se pueden transformar mediante la transformada de Fourier discreta (DFT) y la transformada de Fourier continua (CTFT) directamente, utilizando la misma fórmula matemática. La transformada de Fourier permite analizar el espectro de frecuencias de una señal y facilita el procesamiento y diseño de sistemas.


¿Qué son las señales de potencia?


Las señales de potencia son aquellas que tienen una potencia promedio finita y mayor que cero. Esto significa que la cantidad de trabajo por unidad de tiempo que realizan estas señales es constante y se puede medir mediante un límite. Estas señales suelen ser de tiempo ilimitado, es decir, que existen durante todo el tiempo. Por ejemplo, la señal de voltaje que suministra una fuente de alimentación alterna o el ruido aleatorio que genera un circuito semiconductor son señales de potencia, ya que tienen una duración infinita y una potencia constante.

La potencia promedio de una señal de potencia se define con las mismas fórmulas que para las señales de energía, pero en este caso el resultado es un valor finito y distinto de cero. Una propiedad importante de las señales de potencia es que su energía total es infinita. Esto se debe a que al multiplicar la potencia finita por un tiempo infinito, el resultado tiende a infinito. La energía total de una señal se define con las mismas fórmulas que para las señales de energía, pero en este caso el resultado no converge.


Una desventaja de las señales de potencia es que no se pueden transformar mediante la DFT ni la CTFT directamente, ya que estas transformadas requieren que la energía sea finita. En su lugar, se puede utilizar la transformada de Laplace, que permite analizar el comportamiento transitorio y estacionario de una señal.


Conclusiones


Las señales de energía y las señales de potencia son dos tipos de señales que se diferencian por su energía y su potencia. Las señales de energía tienen una energía finita y una potencia cero, mientras que las señales de potencia tienen una energía infinita y una potencia finita. Estas características determinan las ventajas y desventajas de cada tipo de señal a la hora de analizarlas y procesarlas.