Ecualizador de retardo en T puenteado

El ecualizador de retardo en T puenteada es un circuito de filtro eléctrico de paso total que utiliza una topología en T puenteada cuyo propósito es insertar un retardo (idealmente) constante en todas las frecuencias de la ruta de la señal. Es una clase de filtro de imagen .

La red se utiliza cuando se requiere sincronizar dos o más señales según algún criterio de sincronización. Se añade retardo a todas las demás señales para que el retardo total coincida con el de la señal que ya tiene el mayor retardo. En la radiodifusión televisiva, por ejemplo, es deseable que la sincronización de los pulsos de la forma de onda de televisión procedentes de diferentes fuentes esté alineada al llegar a las salas de control de estudio o a los centros de conmutación de red. Esto garantiza que los cortes entre fuentes no provoquen interrupciones en los receptores. Otra aplicación se da cuando el sonido estereofónico se transmite por línea terrestre, por ejemplo, desde una retransmisión en exteriores al centro de estudio. Es importante que el retardo se iguale entre los dos canales estéreo, ya que una diferencia destruirá la imagen estéreo . Cuando las líneas terrestres son largas y los dos canales llegan por rutas sustancialmente diferentes, puede ser necesario un gran número de filtros para igualar completamente el retardo.

El funcionamiento se explica mejor en términos del desfase que introduce la red. A bajas frecuencias, L tiene baja impedancia y C' tiene alta impedancia, por lo que la señal pasa a través de la red sin desfase. A medida que aumenta la frecuencia, el desfase aumenta gradualmente hasta que, a cierta frecuencia, ω₀ _, la rama en paralelo del circuito, L'C', entra en resonancia y provoca que la toma central de L se cortocircuite a tierra. La acción transformadora entre las dos mitades de L, que se había vuelto cada vez más significativa a medida que aumentaba la frecuencia, ahora se vuelve dominante. El bobinado de la bobina es tal que el devanado secundario produce una tensión invertida en el primario. Es decir, en resonancia, el desfase es de 180°. A medida que la frecuencia continúa aumentando, el retardo de fase también continúa aumentando y la entrada y la salida comienzan a volver a estar en fase a medida que se aproxima un retardo de ciclo completo. A altas frecuencias, L y L' se aproximan al circuito abierto y C se aproxima al cortocircuito, y el retardo de fase tiende a estabilizarse en 360°.

La relación entre el desplazamiento de fase (φ) y el retardo de tiempo (T _D ) con la frecuencia angular (ω) viene dada por la relación simple,

${\displaystyle \phi =\omega T_{D}\,}$

Se requiere que T _D sea constante en todas las frecuencias dentro de la banda de operación. Por lo tanto, φ debe ser linealmente proporcional a ω. Con una selección adecuada de parámetros, el desfase de la red puede ser lineal hasta aproximadamente 180°.

La red termina en una impedancia característica (no mostrada en el diagrama del circuito), idealmente una resistencia R, que es la impedancia de entrada al circuito o línea de transmisión subsiguiente.

Los cuatro valores componentes de la red proporcionan cuatro grados de libertad en el diseño. La teoría de imágenes (véase la red de Zobel ) exige que la rama L/C y la rama L'/C' sean duales entre sí (ignorando la acción del transformador), lo que proporciona dos parámetros para calcular los valores componentes. Estos son:

${\displaystyle C'={\frac {4L}{R^{2}}}}$y${\displaystyle L'=CR^{2}}$

De forma equivalente, cada polo de transmisión , s _p en el semiplano izquierdo del dominio s, debe tener un cero correspondiente, s _z en el semiplano derecho, de modo que s _p = − s _z . ^{[ 1 ]} Un tercer parámetro se establece eligiendo una frecuencia de resonancia, que se establece al menos a la frecuencia máxima a la que se requiere que opere la red.

${\displaystyle \omega _{0}={\frac {1}{\sqrt {4LC}}}={\frac {1}{\sqrt {L'C'}}}}$

Existe un grado de libertad restante que el diseñador puede utilizar para linealizar al máximo la respuesta de fase/frecuencia. Este parámetro se suele expresar como la relación L/C. Como se indicó anteriormente, no es práctico linealizar la respuesta de fase por encima de 180°, es decir, medio ciclo, por lo que una vez que se elige una frecuencia máxima de operación, f _m , esta establece el retardo máximo que se puede diseñar en el circuito y viene dado por:

${\displaystyle T_{D(max)}={\frac {1}{2f_{m}}}}$

Para la radiodifusión,  se suele elegir 15 kHz como la frecuencia máxima utilizable en líneas terrestres. Un ecualizador de retardo diseñado según esta especificación puede, por lo tanto, insertar un retardo de 33 μs. En realidad, el retardo diferencial necesario para la ecualización puede ser de cientos de microsegundos. Se requerirá una cadena de varias secciones en tándem. Para la televisión,  se puede elegir una frecuencia máxima de 6 MHz, que corresponde a un retardo de 83 ns. De nuevo, pueden ser necesarias varias secciones para una ecualización completa. En general, se presta mucha más atención al trazado y la longitud exacta de los cables de televisión, ya que se requieren muchas más secciones de ecualización para eliminar la misma diferencia de retardo que en el audio.

Las pérdidas en el circuito provocan una reducción del retardo máximo, un problema que puede mitigarse con el uso de superconductores de alta temperatura . Dicho circuito se ha implementado como una solución planar de elementos concentrados en película delgada utilizando tecnología de microcinta . Las pistas son de óxido de cobre, bario e itrio superconductor y el sustrato es aluminato de lantano . El circuito está diseñado para su uso en la banda de microondas , tiene una frecuencia central de aproximadamente 2,8 GHz y alcanza un retardo de grupo máximo de 0,7 ns. El dispositivo opera a una temperatura de 77 K. La disposición de los componentes corresponde a la mostrada en el diagrama del circuito al inicio de este artículo, excepto que las posiciones relativas de L' y C' se han intercambiado para que C' pueda implementarse como una capacitancia a tierra. Una placa de este condensador es el plano de tierra y, por lo tanto, tiene un patrón mucho más simple (un simple rectángulo) que el patrón de C, que necesita ser un condensador en serie en la línea de transmisión principal. ^{[ 2 ]}

• Filtro de paso total
• Ecualizador de fase de red
• Teorema de bisección de Bartlett
• Red Zobel