Electrónica Analógica · Tema 05

Periódicas y duty

Senoide, cuadrada, triangular y diente: cuatro formas, un ciclo de trabajo y promedios que mandan.

01 · Punto de partida

Lo que se repite se domina

Periódica = igual a sí misma cada T: con un período la conocés entera. Senoide (red, audio puro), cuadrada (relojes, PWM), triangular (barridos, test) y diente de sierra (bases de tiempo): cuatro alfabetos con los que se escriben casi todas las señales del curso.

Y el concepto estrella: duty, el porcentaje en alto que fija el promedio de una cuadrada (y con él, brillo y velocidad futuros).

  • ¿Qué distingue a cada forma?
  • ¿Qué es el duty y qué promedio da?
  • ¿Periódica es lo mismo que predecible?
  • ¿Cómo genero cada una en código?

02 · Formas

Las cuatro, con su DNI

Forma, ecuación mental y hogar.
FormaSeñaVive en
SenoideCurva suave simétricaRed, audio puro, osciladores
CuadradaSalta entre dos nivelesRelojes, PWM, digital
TriangularSube y baja linealBarridos, test, PWM (portadora)
Diente de sierraSube lento, cae de golpeBases de tiempo,Synth, barridos CRT
~

Senoide

La “pura”: un solo tono, matemática simple. Toda periódica compleja es suma de senoides (Fourier, idea en Tema 6).

▓

Cuadrada + duty

Dos niveles y un porcentaje: 0–5 V al 25 % promedia 1,25 V. La forma del control (cursos 5 y 7).

△

Triangular/diente

Rampas lineales: barren parejo (triangular) o resetean (diente). Generarlas es un integrador (curso 4 avanzado).

03 · Duty

El porcentaje que manda

Duty D = tiempo en alto / período, de 0 a 100 %. Con bajo en 0 V: promedio = D × Valto. Ejemplos 0–5 V: 25 % → 1,25 V; 50 % → 2,5 V; 10 % → 0,5 V.

PWM 0–5 V: duty, promedio y efecto.
DutyPromedioLED / motor (con filtro/inercia)
10 %0,5 VApenas / lento
25 %1,25 VTenue / despacio
50 %2,5 VMedio / medio
90 %4,5 VCasi pleno

04 · No periódicas

Voz, ruido y pulsos sueltos

Voz y audio real
Cuasi-periódicas a tramos (vocales) + transitorios: se analizan por ventanas cortas (curso 4/7). Periódicas a ratos.
Ruido
Sin período: térmico, red acoplada, digital. No se predice muestra a muestra; se caracteriza estadísticamente (Tema 27).
Pulso único / escalón
Un flanco 0→5 que se queda: es el “duty 100 % después del cambio”. Respuesta al escalón = curva RC/RL (curso 2).
Rebotes
Tren aperiódico de ms al conmutar: periódico no, predecible tampoco. Se filtra, no se analiza (Tema 28, curso 3).

05 · Formas en código

Generar, promediar y verificar duty

Generador de las cuatro + promedio y RMS numéricos por muestreo:

Python en tu navegador. Cambiá forma y duty, y ejecutá las estadísticas.

import math

def generar(forma="senoide", vpp=10.0, offset=0.0, duty=0.5, n=100):
    vals = []
    for k in range(n):
        f = k / n  # fase 0..1
        if forma == "senoide":
            v = vpp / 2 * math.sin(2 * math.pi * f)
        elif forma == "cuadrada":
            v = vpp / 2 if f < duty else -vpp / 2
        elif forma == "triangular":
            v = vpp * (abs(2 * f - 1) * 2 - 1) / 2
        else:  # diente: sube lineal, cae al final
            v = -vpp / 2 + vpp * f
        vals.append(v + offset)
    return vals


def stats(vals):
    prom = sum(vals) / len(vals)
    rms = math.sqrt(sum(v * v for v in vals) / len(vals))
    print(f"prom={prom:.2f}V rms={rms:.2f}V min={min(vals):.2f} max={max(vals):.2f}")
    return prom, rms


stats(generar("cuadrada", vpp=5, offset=2.5, duty=0.25))

¿Promedio 1,25 V? Cambiá a duty 0,5 y triangular: ¿promedio y rms?

Diseñador de duty

Dado el promedio deseado, el duty necesario (cuadrada 0–V):

def duty_para(prom_objetivo, v_alto=5.0):
    d = prom_objetivo / v_alto
    print(f"Para {prom_objetivo}V con 0-{v_alto}V: duty={d*100:.0f}%")
    return d


for v in [0.5, 1.25, 2.5, 4.5]:
    duty_para(v)

06 · Analogía programador

Loops y PWM

  1. 1
    Periódica = loop.

    Mismo bloque cada T, como un while(true) con período fijo. Duty = fracción de CPU del bloque alto.

  2. 2
    Duty = throttle.

    Limitar al 25 % es rate-limiting temporal: el promedio respeta la cuota.

  3. 3
    Aperiódica = eventos.

    Voz y ruido llegan cuando quieren: se atienden por interrupción, no por polling.

07 · Exploración

Laboratorio: forma + duty en vivo

Elegí forma y mové duty y amplitud: el laboratorio calcula promedio, RMS aproximado y qué efecto tendría en LED/motor.

LABORATORIO 05

Forma, duty y promedio

promedio = f(forma, duty)

Promedio1,25 V
RMS aprox.2,50 V
Efecto LEDTenue-media
LecturaDuty manda el brillo

Cuadrada 25 %: promedio 1,25 V.

Preguntas para explorar

  1. ¿Por qué en senoide el duty no cambia nada?
  2. ¿Qué duty da promedio 2,5 V? ¿Y 4 V?
  3. ¿RMS de cuadrada 0–5 al 25 %: 2,5 V o 5 V? ¿Por qué?
Ver respuestas sugeridas
  1. Porque duty es concepto de cuadrada (tiempo en alto). Senoide simétrica promedia 0 siempre.
  2. 50 % y 80 % (D×5). Lineal y directo: el diseño más fácil del curso.
  3. 2,5 V: RMS promedia cuadrados (25×0,25 = 6,25, raíz 2,5). Promedio 1,25, eficaz 2,5: distintos y ambos útiles.

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

«Duty es frecuencia»

Duty es fracción del período (25 %), frecuencia es repeticiones por segundo (1 kHz). Se combinan: PWM de 1 kHz al 25 %.

«Promedio = eficaz»

En cuadrada 0–5 al 25 %: promedio 1,25, eficaz 2,5. Promedio manda en brillo/DC; eficaz en calor. Distintos, ambos válidos.

«Triangular y senoide dan igual»

Promedian igual (0 simétricas) pero RMS distinto (0,577 vs 0,707) y armónicos distintos: en filtros y audio se nota (curso 4).

«Periódica = predecible muestra a muestra»

Solo con fase conocida: saber f y forma no dice en qué punto del ciclo estás. Fase es la tercera coordenada (Tema 6).

09 · Práctica guiada

Ejercicios de formas

Ejercicio 1: promedios a mano

Cuadrada 0–12 V al 10 %, 50 % y 90 %. Promedios sin código; después verificá con generar() + stats().

Ver solución razonada

1,2 / 6 / 10,8 V (D×12). El código con duty 0.1/0.5/0.9 y offset 6 debe coincidir.

Ejercicio 2: duty para 2,5 V

Con duty_para(2.5) y con duty_para(4.0) en 0–5 V. ¿Duty? ¿Qué brillo esperarías?

Ver solución

50 % y 80 %: medio y casi pleno. Lineal porque la forma es cuadrada 0–5.

Ejercicio 3: triangular vs senoide

Generá ambas ±5 V con generar() y compará promedios y RMS. ¿Qué coincide y qué no?

Ver solución

Promedios 0 ambos; RMS ≈ 2,89 vs 3,54 V. Misma amplitud, distinta energía: la forma decide el calor.

10 · Síntesis

Ideas para recordar

  • Periódica = igual cada T; 4 formas con su hogar.
  • Duty D % en cuadrada 0–V: promedio = D×V.
  • Promedio ≠ eficaz: 1,25 vs 2,5 V al 25 %.
  • No todo es periódico: voz, ruido y pulsos tienen su tratamiento.
  • Generar + medir estadísticas en código anticipa el osciloscopio.

Formas dominadas. Ahora, los otros dos descriptores juntos: en el próximo tema, valor medio y eficaz.