Acoplamiento de Señales: Entendiendo el Ruido CA en Cables Telefónicos

COMPONENTES Y MATERIALES

• Batería de 6 V
• Capacitor de 0,22 µF (Radio Shack #272-1070 o equivalente)
• Capacitor de 0,047 µF (Radio Shack #272-134 o equivalente)
• Motor pequeño de hobby, tipo imán permanente (Radio Shack #273-223 o equivalente)
• Detector de audio con auriculares
• Varios pies de cable telefónico (Radio Shack #278-872) – cualquier cable multiconductor sin blindaje funcionará; conductores más finos (≈24 AWG) amplifican el efecto.

El cable telefónico está ampliamente disponible en ferreterías. Usar cualquier cable multiconductor sin blindaje está bien, pero cuanto más finos sean los conductores, más pronunciado será el acoplamiento observado.

REFERENCIAS CRUZADAS

• Lessons In Electric Circuits, Volumen 2, capítulo 7: "Señales CA de Frecuencia Mixta"
• Lessons In Electric Circuits, Volumen 2, capítulo 8: "Filtros"

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Demostrar cómo las señales CA pueden acoplarse mientras la CC es bloqueada desde un dispositivo de medición.
• Mostrar cómo surge el acoplamiento parásito en cables.
• Identificar técnicas prácticas para reducir el acoplamiento entre cables.

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

INSTRUCCIONES

1. Conecta el motor a la batería usando dos de los cuatro conductores del cable telefónico. El motor debería funcionar normalmente.

2. Coloca el detector de audio a través de los terminales del motor, insertando el capacitor de 0,047 µF en serie como se muestra:

3. Deberías escuchar un zumbido o silbido a través de los auriculares – este es el ruido CA generado por las escobillas al contactar el conmutador.

El capacitor en serie actúa como filtro paso-alto, permitiendo solo CA al detector mientras rechaza el componente CC. Los osciloscopios emplean el mismo principio para acoplamiento CA: un capacitor se inserta en serie con la punta.

4. En teoría, los terminales del motor deberían ver CC pura porque están directamente en paralelo con la batería. Sin embargo, la resistencia interna de la batería y la resistencia de los conductores del cable crean caídas de voltaje cuando el motor consume pulsos de corriente. Estas caídas se manifiestan como ruido CA en los terminales del motor:

5. Para verificar, mide el voltaje de ruido directamente a través de los terminales de la batería con el detector de audio. Cuanto menor la resistencia entre los puntos, menor el ruido detectado:

6. También puedes medir el ruido a lo largo de un solo conductor del cable telefónico conectando el detector entre sus dos extremos. El ruido surge de los pulsos de corriente fluyendo a través de la resistencia de ese conductor:

7. A continuación, explora cómo el ruido CA se acopla a cables adyacentes. Mide el voltaje entre un terminal del motor y un conductor sin usar del cable. No se necesita capacitor en serie porque no existe CC entre estos puntos:

El voltaje detectado proviene de la capacitancia parásita entre conductores adyacentes, que proporciona un camino para corriente alterna aunque ninguna carga fluya a través del capacitor en sí.

El acoplamiento parásito puede contaminar señales enviadas a lo largo de un conductor sin usar, especialmente si esa señal es sensible al ruido inducido.

Como el acoplamiento capacitivo es más fuerte a frecuencias más altas, el ruido CA a frecuencias más altas se acoplará más fuertemente.

Para mitigar el ruido en una señal CC, agrega un capacitor mayor a través de los dos conductores. El capacitor de 0,22 µF sirve como capacitor de desacoplamiento, presentando una baja impedancia a CA mientras deja la CC inalterada:

7. Otra estrategia efectiva es evitar compartir un conductor común entre circuitos. Mide el ruido entre los dos conductores sin usar; debería ser mucho menor porque la capacitancia parásita acopla voltajes de ruido casi idénticos a ambos conductores, cancelándose cuando se toma la diferencia: