Un balun / ˈ b æ l ʌ n / (de "equilibrado a desequilibrado", originalmente, pero ahora derivado de " unidad de equilibrio ") [1] es un dispositivo eléctrico que permite interconectar líneas balanceadas y desequilibradas sin alterar la disposición de impedancia. de cualquiera de las líneas. [2] Un balun puede adoptar muchas formas y puede incluir dispositivos que también transforman impedancias, pero no es necesario que lo hagan. A veces, en el caso de los baluns transformadores, utilizan acoplamiento magnético pero no es necesario que lo hagan. Los choques de modo común también se utilizan como baluns y funcionan eliminando, en lugar de rechazar, las señales de modo común.
En los transformadores clásicos, hay dos devanados de bobinas de alambre eléctricamente separados alrededor del núcleo del transformador. La ventaja del tipo transformador sobre otros tipos de balun es que los devanados eléctricamente separados para entrada y salida permiten que estos baluns conecten circuitos cuyos voltajes a nivel de tierra están sujetos a bucles de tierra o son eléctricamente incompatibles de otro modo; por esa razón se les suele llamar transformadores de aislamiento .
A este tipo a veces se le llama "balun de voltaje". El devanado primario recibe la señal de entrada y el devanado secundario emite la señal convertida. El núcleo en el que están enrollados puede estar vacío (núcleo de aire) o, de manera equivalente, un material magnéticamente neutro como un soporte de porcelana, o puede ser un material que sea un buen conductor magnético como la ferrita en los baluns modernos de alta frecuencia (HF). , o hierro dulce como en los primeros días de la telegrafía.
La señal eléctrica en la bobina primaria se convierte en un campo magnético en el núcleo del transformador. Cuando la corriente eléctrica a través del primario se invierte, provoca el colapso del campo magnético establecido. El campo magnético colapsante induce entonces un campo eléctrico en el devanado secundario.
La relación de bucles en cada devanado y la eficiencia del acoplamiento magnético de las bobinas determina la relación entre el potencial eléctrico ( voltaje ) y la corriente eléctrica y la potencia total de salida. Para los transformadores idealizados, aunque la relación entre voltaje y corriente cambiará en proporción exacta al cuadrado de la relación del devanado, la potencia (medida en vatios ) sigue siendo idéntica. En los transformadores reales, parte de la energía se pierde en el interior debido al calentamiento del núcleo metálico del transformador, en las resistencias de CA y CC de los conductores del devanado, y se pierde en el exterior, hacia el entorno circundante, debido al acoplamiento magnético imperfecto entre las dos bobinas.
Un balun ideal consta de dos cables (primario y secundario) y un núcleo: la corriente en el cable primario genera un campo magnético en el núcleo, que a su vez induce un campo eléctrico en el cable secundario. Un balun autotransformador tiene una sola bobina , o está formado por dos o más bobinas que tienen una conexión eléctrica, enrolladas alrededor de un núcleo. También se puede fabricar un autotransformador a partir de un transformador ordinario mediante el cableado cruzado de los devanados primario y secundario. Los baluns fabricados con devanados de autotransformador también se denominan baluns de tensión , ya que producen tensión de salida equilibrada, pero no necesariamente corriente equilibrada.
En todos los autotransformadores, el devanado simple debe tener al menos una conexión eléctrica adicional, llamada derivación o punto de derivación , entre los dos extremos del devanado. La corriente enviada al balun a través de un par de conexiones actúa como si fuera una bobina primaria y magnetiza todo el núcleo. Cuando cambia la corriente eléctrica en el segmento de entrada de la bobina, el campo magnético inducido colapsa y el colapso del campo magnético en el núcleo induce una corriente eléctrica en toda la bobina. Las conexiones eléctricas a partes de la bobina diferentes a las conexiones de entrada tienen voltajes más altos o más bajos dependiendo de la longitud de la bobina de donde se toma la salida.
A diferencia de los baluns tipo transformador, un balun autotransformador proporciona un camino para la corriente CC a tierra desde cada terminal. Dado que las antenas exteriores son propensas a la acumulación de carga eléctrica estática, el camino para que la estática drene a tierra a través de un balun autotransformador puede ser una clara ventaja.
Los baluns de línea de transmisión o estranguladores pueden considerarse formas simples de transformadores de línea de transmisión . Este tipo a veces se denomina balun de corriente , ya que garantiza la misma corriente en ambos lados de su salida, pero no necesariamente el mismo voltaje. Estos normalmente se denominan ununs, porque van de desequilibrados a desequilibrados o desequilibrados. Los baluns están equilibrados a desequilibrados o bal-un.
Un tipo más sutil resulta cuando el tipo de transformador (acoplamiento magnético) se combina con el tipo de línea de transmisión (acoplamiento electromagnético). Por lo general, se utiliza el mismo tipo de cables de línea de transmisión para los devanados que transportan la señal desde la radio a la antena, aunque estos baluns se pueden fabricar con cualquier tipo de cable. Los dispositivos resultantes tienen un funcionamiento de banda muy ancha. [3] Los transformadores de líneas de transmisión comúnmente usan pequeños núcleos de ferrita en anillos toroidales o formas binoculares de dos orificios.
El transformador de línea de transmisión Guanella (Guanella 1944) a menudo se combina con un balun para actuar como un transformador de adaptación de impedancia . Dejando de lado el equilibrado, un transformador de este tipo consta de una línea de transmisión de 75 Ω dividida en paralelo en dos cables de 150 Ω, que luego se combinan en serie para obtener 300 Ω. Se implementa como un cableado específico alrededor del núcleo de ferrita del balun.
Aunque los baluns están diseñados como dispositivos magnéticos (cada devanado de un balun es un inductor ), todos los transformadores hechos de materiales reales también tienen una pequeña capacitancia entre los devanados primario y secundario, así como entre los bucles individuales en cualquier devanado, formando auto-autocontroles no deseados. capacitancia .
La conexión eléctrica de capacitancia e inductancia conduce a una frecuencia donde la reactancia eléctrica de la autoinductancia y la autocapacitancia en el balun son iguales en magnitud pero de signo opuesto: es decir, a la resonancia . Un balun de cualquier diseño funciona mal en o por encima de su frecuencia de autorresonancia, y algunas de las consideraciones de diseño para los baluns tienen como objetivo hacer que la frecuencia de resonancia esté lo más por encima de la frecuencia de funcionamiento posible.
Se puede utilizar un estrangulador de RF en lugar de un balun. Si se fabrica una bobina utilizando un cable coaxial cerca del punto de alimentación de una antena balanceada, entonces se puede atenuar la corriente de RF que fluye en la superficie exterior del cable coaxial. Una forma de hacerlo sería pasar el cable a través de un toroide de ferrita. El resultado final es exactamente el mismo que el de un balun actual 1:1 (o balun tipo Guanella). (Paja 2005, 25-26)
La función de un balun es generalmente lograr compatibilidad entre sistemas y, como tal, encuentra una amplia aplicación en las comunicaciones modernas, particularmente en la realización de mezcladores de conversión de frecuencia para hacer posibles redes de transmisión de datos y teléfonos celulares. También se utilizan para enviar una señal portadora E1 desde un cable coaxial ( conector BNC , conector 1.0/2.3, conector 1.6/5.6, conectores tipo 43) a un cable UTP CAT-5 o un conector IDC.
En televisión , radioaficionados y otras instalaciones y conexiones de antenas , los baluns convierten entre impedancias y simetría de líneas de alimentación y antenas. [4]
Por ejemplo, transformación de una línea de escalera de 300 Ω o de 450 Ω (equilibrada) a un cable coaxial de 75 Ω (no balanceado), o para conectar directamente una antena balanceada a un cable coaxial no balanceado. Para evitar la radiación de la línea de alimentación, los baluns se utilizan normalmente como una forma de estrangulador de modo común conectado al punto de alimentación de la antena para evitar que el cable coaxial actúe como antena e irradie energía. Por lo general, esto es necesario cuando una antena balanceada (por ejemplo, un dipolo ) se alimenta con coaxial; Sin un balun, el escudo del coaxial podría acoplarse con un lado del dipolo, induciendo una corriente de modo común y convirtiéndose en parte de la antena e irradiando involuntariamente. [5]
Al medir la impedancia o el patrón de radiación de una antena balanceada utilizando un cable coaxial, es importante colocar un balun entre el cable y la alimentación de la antena. Las corrientes desequilibradas que de otro modo podrían fluir por el cable harán que la impedancia de la antena medida sea sensible a la configuración del cable de alimentación, y el patrón de radiación de las antenas pequeñas puede verse distorsionado por la radiación del cable.
Los baluns están presentes en radares , transmisores, satélites, en todas las redes telefónicas y probablemente en la mayoría de los módems/enrutadores de redes inalámbricas utilizados en los hogares. Se puede combinar con amplificadores de transimpedancia para componer amplificadores de alto voltaje a partir de componentes de bajo voltaje.
El vídeo de banda base utiliza frecuencias de hasta varios megahercios . Se puede utilizar un balun para acoplar señales de vídeo a cables de par trenzado en lugar de utilizar un cable coaxial. Muchas cámaras de seguridad ahora tienen una salida balanceada de par trenzado no blindado (UTP) y una salida coaxial no balanceada a través de un balun interno. También se utiliza un balun en el extremo de la grabadora de vídeo para convertir de 100 Ω balanceados a 75 Ω no balanceados. Un balun de este tipo tiene un conector BNC con dos terminales de tornillo . Los baluns VGA/DVI son baluns con circuitos electrónicos que se utilizan para conectar fuentes VGA/DVI (computadora portátil, DVD, etc.) a dispositivos de visualización VGA/DVI a través de largos tramos de cable CAT-5/CAT-6. Los recorridos de más de 130 m (400 pies) pueden perder calidad debido a la atenuación y variaciones en el tiempo de llegada de cada señal. Para tramos de más de 130 m (400 pies) se utiliza un control de inclinación y un cable especial de baja inclinación o libre de inclinación. [ cita necesaria ]
En aplicaciones de audio , los baluns sirven para múltiples propósitos: pueden convertir entre líneas desequilibradas de alta impedancia y líneas balanceadas de baja impedancia . Otra aplicación es el desacoplamiento de dispositivos (evitación de bucles de tierra).
Una tercera aplicación de los baluns en los sistemas de audio es el suministro de alimentación de red equilibrada al equipo. El modo común de rechazo de interferencias, característico de la alimentación de red balanceada, elimina una amplia gama de ruidos provenientes del enchufe de pared, por ejemplo, interferencias transmitidas por la red eléctrica provenientes de motores de aire acondicionado/horno/refrigerador, ruido de conmutación producido por luces fluorescentes e interruptores de atenuación, señales digitales. ruido de computadoras personales y señales de radiofrecuencia captadas por las líneas/cables eléctricos que actúan como antenas. Este ruido se infiltra en el sistema de audio/vídeo a través de las fuentes de alimentación y eleva el nivel de ruido de todo el sistema. [6]
Excepto por las conexiones, los tres dispositivos de la imagen son eléctricamente idénticos, pero sólo los dos más a la izquierda pueden usarse como baluns. El dispositivo de la izquierda normalmente se usaría para conectar una fuente de alta impedancia, como una guitarra, a una entrada de micrófono balanceada, que sirve como una unidad DI pasiva . El del centro sirve para conectar una fuente balanceada de baja impedancia, como un micrófono , a un amplificador de guitarra . El de la derecha no es un balun, ya que sólo proporciona adaptación de impedancia.