Calcular el desfase entre dos señales
Un péndulo oscilante, un corcho que sube y baja en el agua o el movimiento periódico de la masa unida a un muelle tienen algo en común. Todos ellos ejecutan un movimiento armónico simple (MSA). El movimiento armónico simple es un tipo especial de oscilación. El concepto de fase y diferencia de fase asociado al SHM es generalmente difícil de comprender. En esta demostración, este concepto de fase y diferencia de fase puede entenderse fácilmente.
La SHM es una oscilación en la que una partícula que se mueve en línea recta experimenta una fuerza que la dirige hacia su posición media y la magnitud de la fuerza es proporcional al desplazamiento desde la posición media. Puede representarse mediante una función seno o coseno. El argumento de la función seno o coseno se denomina fase de la partícula que ejecuta el SHM. La fase informa sobre el estado de la partícula en cualquier instante.
En el caso anterior el SHM de los péndulos que se liberan de su posición extrema puede representarse mediante las ecuaciones \(X_1=A_1\cos(\omega_1 t+\theta)\) y \(X_2=A_2\cos(\omega_2 t+\phi)\), donde \(A_1\) y \(A_2\) son las amplitudes, \(\theta\) y \(\phi\) son las fases iniciales, \(\omega_1\) y \(\omega_2\) son las frecuencias angulares y los argumentos (\(\omega_1t+\theta\)), (\(\omega_2 t+\phi\)) son las fases de los dos péndulos en cualquier instante.
Diferencia de fase entre dos ondas
Anteriormente vimos que una Forma de Onda Sinusoidal es una cantidad alternante que puede ser presentada gráficamente en el dominio del tiempo a lo largo de un eje horizontal cero. También vimos que como una cantidad alternante, las ondas sinusoidales tienen un valor máximo positivo en el tiempo π/2, un valor máximo negativo en el tiempo 3π/2, con valores cero que ocurren a lo largo de la línea base en 0, π y 2π.
Sin embargo, no todas las formas de onda sinusoidales pasarán exactamente por el punto del eje cero en el mismo momento, sino que pueden estar “desplazadas” a la derecha o a la izquierda de 0o en algún valor cuando se comparan con otra onda sinusoidal.
Por ejemplo, comparando una forma de onda de tensión con la de corriente. Esto produce un desplazamiento angular o diferencia de fase entre las dos formas de onda sinusoidales. Cualquier onda sinusoidal que no pase por el cero en t = 0 tiene un desplazamiento de fase.
La diferencia de fase o desplazamiento de fase, como también se denomina, de una forma de onda sinusoidal es el ángulo Φ (letra griega Phi), en grados o radianes, que la forma de onda se ha desplazado desde un determinado punto de referencia a lo largo del eje horizontal cero. En otras palabras, el desplazamiento de fase es la diferencia lateral entre dos o más formas de onda a lo largo de un eje común y las formas de onda sinusoidales de la misma frecuencia pueden tener una diferencia de fase.
Desplazamiento de fase del condensador
El desfase se define como el retardo entre dos o más magnitudes alternas al alcanzar los máximos o cruces de cero que dan lugar a la diferencia de sus fases. Esta diferencia de dos ondas se mide en grados o radianes y también se conoce como desplazamiento de fase.
A veces se define como la diferencia entre dos o más formas de onda sinusoidales en consideración con un eje de referencia. Se denota por φ y corresponde al desplazamiento de la forma de onda a lo largo del eje horizontal desde un punto de referencia común.
La fase de las magnitudes alternas se define en términos de desplazamiento y período de tiempo. En términos de desplazamiento, la fase representa el ángulo desde un punto de referencia por el que el fasor que representa la cantidad alterna se desplaza hasta el punto considerado.
En la figura anterior, el eje x es el eje de referencia y en el instante A, la fase φ de la cantidad alterna es 0⁰ mientras que en términos de desplazamiento, la fase de la misma cantidad en el instante B representa el ángulo (en grados o radianes) por el que ha viajado el fasor considerando el mismo eje de referencia, es decir, el eje x. Generalmente, la fase de la cantidad alterna varía de 0 a 2π en rad o de 0⁰ a 360⁰.
Circuito de desplazamiento de fase
La fase y la frecuencia instantáneas son conceptos importantes en el procesamiento de señales que se dan en el contexto de la representación y el análisis de funciones que varían en el tiempo[1] La fase instantánea (también conocida como fase local o simplemente fase) de una función de valor complejo s(t), es la función de valor real:
Cuando φ(t) está limitada a su valor principal, ya sea el intervalo (-π, π] o [0, 2π), se llama fase envuelta. En caso contrario, se denomina fase no envuelta, que es una función continua del argumento t, suponiendo que sa(t) es una función continua de t. A menos que se indique lo contrario, debe inferirse la forma continua.
Fase instantánea frente al tiempo. La función tiene dos discontinuidades verdaderas de 180°, indicativas de cruces de amplitud cero. Las “discontinuidades” de 360° en los tiempos 37 y 91 son artefactos de envoltura de fase.
En este sencillo ejemplo sinusoidal, la constante θ también se denomina comúnmente fase o desfase. φ(t) es una función del tiempo; θ no lo es. En el siguiente ejemplo, también vemos que el desfase de una sinusoide de valor real es ambiguo a menos que se especifique una referencia (sen o cos). φ(t) está definido sin ambigüedad.