14.1: ¿Un cable de 50 ohmios?

Al principio de mis exploraciones de electricidad, me encontré con un largo de cable coaxial con la etiqueta “50 ohmios” impresa a lo largo de su funda exterior. (Figura abajo) Ahora, el cable coaxial es un cable de dos conductores hecho de un solo conductor rodeado por una camisa de alambre trenzado, con un material aislante plástico que separa los dos. Como tal, el conductor externo (trenzado) rodea completamente el conductor interno (un solo cable), los dos conductores aislados entre sí durante toda la longitud del cable. Este tipo de cableado se utiliza a menudo para conducir señales de voltaje débiles (de baja amplitud), debido a su excelente capacidad para proteger tales señales de interferencias externas.

Construcción de cable coaxial.

Estaba desconcertada por la etiqueta de “50 ohmios” en este cable coaxial. ¿Cómo podrían dos conductores, aislados entre sí por una capa relativamente gruesa de plástico, tener 50 ohmios de resistencia entre ellos? Al medir la resistencia entre los conductores exterior e interno con mi ohmímetro, me pareció infinito (circuito abierto), tal como hubiera esperado de dos conductores aislados. La medición de cada una de las resistencias de los dos conductores de un extremo al otro del cable indicó casi cero ohmios de resistencia: nuevamente, exactamente lo que hubiera esperado de longitudes continuas e ininterrumpidas de alambre. En ninguna parte pude medir 50 Ω de resistencia en este cable, independientemente de los puntos entre los que conecté mi ohmímetro.

Lo que no entendía en ese momento era la respuesta del cable a “pulsos” de voltaje de corta duración y señales de CA de alta frecuencia. La corriente continua continua (CC), como la utilizada por mi ohmímetro para verificar la resistencia del cable, muestra que los dos conductores están completamente aislados entre sí, con una resistencia casi infinita entre los dos. Sin embargo, debido a los efectos de la capacitancia y la inductancia distribuidos a lo largo de la longitud del cable, la respuesta del cable a voltajes que cambian rápidamente es tal que actúa como una impedancia finita, extrayendo corriente proporcional a una tensión aplicada. Lo que normalmente descartaríamos como solo un par de cables se convierte en un elemento importante del circuito en presencia de señales de CA transitorias y de alta frecuencia, con propiedades características propias. Al expresar tales propiedades, nos referimos al par de cables como una línea de transmisión.

Este capítulo explora el comportamiento de la línea de transmisión. Muchos efectos de línea de transmisión no aparecen en medida significativa en circuitos de CA de frecuencia de línea eléctrica (50 o 60 Hz), o en circuitos continuos de CC, por lo que no hemos tenido que preocuparnos por ellos en nuestro estudio de circuitos eléctricos hasta el momento. Sin embargo, en circuitos que involucran altas frecuencias y/o longitudes de cable extremadamente largas, los efectos son muy significativos. Las aplicaciones prácticas de los efectos de línea de transmisión abundan en los circuitos de comunicación de radiofrecuencia (“RF”), incluidas las redes de computadoras, y en circuitos de baja frecuencia sujetos a transitorios de voltaje (“sobretensiones”) como rayos en líneas eléctricas.