Sin duda hemos tenido que lidiar con instrumentos o micrófonos que producen un ruido agudo y molesto, conocido como hiss.

Audio 11.5: Grabación con hiss

Audio 11.5: Grabación con hiss

Este tipo de ruidos suelen ser producidos por la falta de aislamiento eléctrico en los equipos en el flujo de la señal, especialmente en conexiones eléctricas con una conexión a tierra inapropiada.

Algunos dispositivos de audio incluyen transformadores en sus entradas y salidas, con el fin de proveer aislamiento eléctrico a la señal, evitando así la aparición de ruidos indeseados. Los transformadores, además, son muy utilizados para crear conexiones balanceadas y modificar las impedancias de salida o entrada, asegurando así la integridad de la señal de audio. Estudiaremos ambos conceptos en la próxima lección.

Un transformador nos permite incrementar o disminuir el voltaje de una señal eléctrica. Consiste en dos bobinas sin contacto entre ellas, pero ambas enrolladas alrededor de un mismo centro metálico (Figura 11.30).

Figura 11.30: Diagrama de un transformador

Imaginemos un circuito por el que fluye una corriente directa generada por una batería. Cuando una corriente fluye a través de un conductor, se produce un campo magnético alrededor de dicho conductor (Figura 11.31).

Figura 11.31: Campo magnético alrededor de un conductor

La fuerza del campo magnético es proporcional a la corriente. El conjunto de líneas de fuerza del campo magnético es llamado flux y tiene una dirección (polaridad magnética) que depende del sentido en el que fluye la corriente.

Sustituyamos ahora la batería por una fuente de corriente alterna (Figura 11.31). El constante cambio de voltaje hará que el sentido en el que fluye la corriente, cambie. Como resultado, la dirección de las líneas de fuerza también cambiará. Debido a que la corriente alterna no cambia instantáneamente del voltaje máximo al mínimo, sino progresivamente, según una forma de onda sinusoidal, la fuerza del campo magnético también crecerá y disminuirá gradual y cíclicamente.

Figura 11.32: Circuito anterior con una fuente AC

Como vimos anteriormente, un inductor consiste en una bobina a través de la cual fluye corriente, enrollada alrededor de un centro metálico. Enrollar el conductor en sí mismo para formar una bobina incrementa la densidad del flux y combina las líneas de fuerza del campo magnético generado. 

Según la ley de la inducción magnética, se generará un voltaje en cualquier conductor que ingrese a este campo magnético con polaridad cambiante. Por lo tanto, la corriente conectada a la bobina primaria producirá un campo magnético, el cual a su vez inducirá un voltaje en la bobina secundaria (Figura 11.33).

Figura 11.33: Inducción electromagnética en un transformador

Es necesario recordar que los transformadores funcionan únicamente con corriente alterna, ya que es indispensable que haya cambios en el campo magnético para que un voltaje sea inducido en la bobina secundaria. La corriente directa generaría un campo magnético sin ninguna variación, por lo que no se produciría ningún voltaje en la bobina secundaria.

La transformación de voltaje es controlada por el número de vueltas de cada bobina. Consideremos el siguiente ejemplo: un transformador tiene una bobina primaria con 10 vueltas y una secundaria con 20 vueltas. Se conecta la bobina primaria a un voltaje de 1V. El voltaje secundario sería de 2V, el doble del voltaje primario. Esto se debe a que la bobina secundaria tiene el doble de vueltas que la bobina primaria. Si la bobina primaria tuviera el doble de vueltas que la secundaria, el voltaje secundario sería la mitad del voltaje primario, y así sucesivamente. 

Cuando el voltaje secundario es mayor al voltaje primario, el transformador recibe el nombre de Step-UpTransformer. Cuando el voltaje secundario es menor al primario, el transformador es denominado Step-Down Transformer.

Si bien un transformador puede cambiar el voltaje de una señal eléctrica, su potencia se mantiene constante, por lo que no pueden ser utilizados como amplificadores. Es decir, el transformador es un componente pasivo. La potencia eléctrica expresa la cantidad de la energía entregada o absorbida por un dispositivo en una cantidad de tiempo determinada. Una de las fórmulas para calcular la potencia eléctrica es la siguiente (Figura 11.34).

Figura 11.34: Fórmula de la Potencia

Analicemos el funcionamiento de un transformador con la fórmula. Para aumentar el voltaje y mantener la potencia constante, la corriente debe ser menor. Esto refleja lo sucedido en el transformador: el voltaje secundario es mayor que el primario, por lo que la corriente secundaria es menor a la primaria. Al hacer esto, la misma cantidad de energía será transmitida de la entrada a salida del transformador (la potencia se mantuvo constante). Por otro lado, en un transformador Step-Down, el voltaje secundario será menor que el primario, por lo que la corriente secundaria será mayor que la primaria.

Al modificar el voltaje, los transformadores también modifican la impedancia, como lo muestra la siguiente ecuación (Figura 11.35).

Figura 11.35: Relación entre impedancia y la relación de vueltas

El cociente del número de vueltas de la bobina primaria entre el número de vueltas de la bobina secundaria se denomina relación de vueltas. Si la bobina primaria tiene 100 vueltas y la secundaria 200, el cociente es 0.5, es decir, una relación de vueltas de 1:2.

Los transformadores son representados en diagramas con los siguientes símbolos (Figura 11.36).

Figura 11.36: Simbología de un transformador