4.17: Acoplamiento de Señal
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- Batería de 6 voltios
- Un condensador, 0.22 µF (Catálogo Radio Shack # 272-1070 o equivalente)
- Un condensador, 0.047 µF (Catálogo Radio Shack # 272-134 o equivalente)
- Pequeño motor “hobby”, tipo imán permanente (catálogo Radio Shack # 273-223 o equivalente)
- Detector de audio con auriculares
- Longitud del cable telefónico, varios pies de largo (Radio Shack catálogo # 278-872)
El cable telefónico también está disponible en ferreterías. Cualquier cable multiconductor sin blindaje será suficiente para este experimento. Los cables con conductores delgados (el cable telefónico suele ser de calibre 24) producen un efecto más pronunciado.
Referencias cruzadas
Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 2, capítulo 7: “Señales de CA de Frecuencia Mixta”
Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 2, capítulo 8: “Filtros”
Objetivos de aprendizaje
- Cómo “acoplar” señales de CA y bloquear señales de CC a un instrumento de medición
- Cómo ocurre el acoplamiento parásito en los cables
- Técnicas para minimizar el acoplamiento entre cables
Diagrama esquemático
Ilustracion
Instrucciones
Conecte el motor a la batería usando dos de los cuatro conductores del cable telefónico. El motor debería funcionar, como se esperaba. Ahora, conecte el detector de señal de audio a través de los terminales del motor, con el condensador de 0.047 µF en serie, así:
Debería poder escuchar un “zumbido” o “gemido” en los auriculares, lo que representa el voltaje de “ruido” de CA producido por el motor a medida que las escobillas hacen y rompen el contacto con las barras giratorias del conmutador. El propósito del condensador en serie es actuar como un filtro de paso alto para que el detector solo reciba el voltaje de CA a través de los terminales del motor, no ningún voltaje de CC. Así es precisamente como los osciloscopios proporcionan una característica de “acoplamiento de CA” para medir el contenido de CA de una señal sin ningún voltaje de polarización de CC: un condensador está conectado en serie con una sonda de prueba.
Idealmente, uno esperaría nada más que voltaje de CC puro en los terminales del motor, porque el motor está conectado directamente en paralelo con la batería. Dado que los terminales del motor son eléctricamente comunes con los respectivos terminales de la batería, y la naturaleza de la batería es mantener un voltaje de CC constante, nada más que voltaje de CC debería aparecer en los terminales del motor, ¿verdad? Bueno, debido a la resistencia interna a la batería y a lo largo de las longitudes del conductor, los pulsos de corriente extraídos por el motor producen “caídas” de voltaje oscilante en los terminales del motor, provocando el “ruido” de CA escuchado por el detector:
Utilice el detector de audio para medir el voltaje de “ruido” directamente a través de la batería. Dado que el ruido de CA se produce en este circuito por caídas de voltaje pulsantes a lo largo de las resistencias parásitas, cuanto menos resistencia medimos, menos voltaje de ruido debemos detectar:
También puede medir el voltaje de ruido caído a lo largo de cualquiera de los conductores del cable telefónico que suministran energía al motor, conectando el detector de audio entre ambos extremos de un solo conductor de cable. El ruido detectado aquí se origina a partir de pulsos de corriente a través de la resistencia del cable:
Ahora que hemos establecido cómo se crea y distribuye el ruido de CA en este circuito, exploremos cómo se acopla a los cables adyacentes en el cable. Utilice el detector de audio para medir el voltaje entre uno de los terminales del motor y uno de los cables no utilizados en el cable telefónico. El condensador de 0.047 µF no es necesario en este ejercicio, ya que no hay voltaje de CC entre estos puntos para que el detector detecte de todos modos:
El voltaje de ruido detectado aquí se debe a la capacitancia parásita entre los conductores de cable adyacentes creando una “trayectoria” de corriente CA entre los cables. Recuerde que ninguna corriente realmente pasa por una capacitancia, pero la acción alternativa de carga y descarga de una capacitancia, ya sea intencional o no intencional, proporciona corriente alterna una suerte de vía.
Si intentáramos conducir una señal de voltaje entre uno de los cables no utilizados y un punto común con el motor, esa señal se contaminaría con el voltaje de ruido del motor. Esto podría ser bastante perjudicial, dependiendo de cuánto ruido se acoplara entre los dos circuitos y cuán sensible era un circuito al ruido del otro. Dado que el fenómeno de acoplamiento primario en este circuito es de naturaleza capacitiva, los voltajes de ruido de frecuencia más alta están acoplados más fuertemente que los voltajes de ruido de menor frecuencia.
Si la señal adicional era una señal de CC, sin CA esperada en ella, podríamos mitigar el problema del ruido acoplado “desacoplando” el ruido de CA con un condensador relativamente grande conectado a través de los conductores de la señal de CC. Utilice el condensador de 0.22 µF para este propósito, como se muestra:
El condensador de desacoplamiento actúa como un cortocircuito práctico a cualquier voltaje de ruido de CA, sin afectar en absoluto a las señales de voltaje de CC entre esos dos puntos. Siempre y cuando el valor del condensador de desacoplamiento sea significativamente mayor que la capacitancia de “acoplamiento” parásito entre los conductores del cable, el voltaje de ruido de CA se mantendrá al mínimo.
Otra forma de minimizar el ruido acoplado en un cable es evitar que dos circuitos compartan un conductor común. Para ilustrar, conecte el detector de audio entre los dos cables no utilizados y escuche una señal de ruido:
Debe haber mucho menos ruido detectado entre dos conductores no utilizados que entre un conductor no utilizado y uno utilizado en el circuito del motor. La razón de esta drástica reducción del ruido es que la capacitancia parásita entre los conductores de cable tiende a acoplar el mismo voltaje de ruido a ambos conductores no utilizados en proporciones aproximadamente iguales. Así, al medir voltaje entre esos dos conductores, el detector solo “ve” la diferencia entre dos señales de ruido aproximadamente idénticas.