Сбалансированная схема - Balanced circuit

А сбалансированная схема схема для использования с сбалансированная линия или сама сбалансированная линия. Симметричные линии - распространенный метод передачи многих типов электрических сообщений. сигналы между двумя точками на двух проводах. В симметричной линии две сигнальные линии имеют согласованный импеданс, чтобы гарантировать, что наводимые помехи в линии синфазный и может быть удален на приемном конце схемой с хорошим отклонение синфазного сигнала. Для поддержания баланса блоки схемы, которые сопрягаются с линией или подключены к ней, также должны быть сбалансированы.

Сбалансированные линии работают, потому что мешающие шум из окружающей среды наводит на оба провода одинаковое шумовое напряжение. Путем измерения разности напряжений между двумя проводами на приемном конце исходный сигнал восстанавливается, а шум устраняется. Любое неравенство шума, наведенного в каждом проводе, является дисбалансом и приводит к неполному подавлению шума. Одно из требований к балансу состоит в том, чтобы оба провода находились на одинаковом расстоянии от источника шума. Часто это достигается путем размещения проводов как можно ближе друг к другу и скручивая их все вместе. Другое требование заключается в том, чтобы полное сопротивление относительно земли (или любой контрольной точки, используемой детектором разности) было одинаковым для обоих проводников во всех точках по длине линии. Если один из проводов имеет более высокое сопротивление относительно земли, он будет иметь более высокий индуцированный шум, что нарушит баланс.

Баланс и симметрия

Пример 4 различных конфигураций схемы с использованием фильтр нижних частот, показывать. Рисунок 1. Несбалансированная, асимметричная схема. Рис 2. Несбалансированная, симметричная схема. Рис 3. Сбалансированная, асимметричная схема. Рис. 4. Сбалансированная, симметричная схема.

Сбалансированная схема обычно показывает симметрия компонентов на горизонтальной линии посередине между двумя проводниками (пример на рисунке 3). Это отличается от того, что обычно подразумевается под симметричной схемой, которая представляет собой схему, демонстрирующую симметрию своих компонентов относительно вертикальной линии в ее средней точке. Пример симметричной схемы показан на рисунке 2. Цепи, предназначенные для использования с симметричными линиями, часто проектируются как симметричные, так и симметричные, как показано на рисунке 4. Преимущества симметрии заключаются в том, что на обоих портах и что схема одинаково влияет на сигналы, идущие в обоих направлениях по линии.

Баланс и симметрия обычно связаны с отраженный горизонтальная и вертикальная физическая симметрия соответственно, как показано на рисунках 1–4. Однако физическая симметрия не является обязательным требованием для этих условий. Необходимо только, чтобы электрические импедансы были симметричными. Можно спроектировать схемы, которые не являются физически симметричными, но имеют эквивалентные симметричные импедансы.

Симметричные сигналы и симметричные схемы

Симметричный сигнал - это сигнал, в котором напряжения на каждом проводе симметричны относительно земли (или другого источника). То есть сигналы инвертируются относительно друг друга. Сбалансированная схема - это схема, в которой две стороны имеют идентичные характеристики передачи во всех отношениях. Симметричная линия - это линия, в которой два провода будут нести сбалансированные токи (то есть равные и противоположные токи) при подаче сбалансированных (симметричных) напряжений. Условие баланса линий и цепей будет выполнено в случае пассивной схемы, если импедансы сбалансированы. Линия и схема остаются сбалансированными, и преимущества подавления синфазного шума продолжают применяться, независимо от того, является ли подаваемый сигнал сам по себе сбалансированным (симметричным), всегда при условии, что генератор, производящий этот сигнал, поддерживает баланс импеданса линии.^[1]

Схема проезда и приема

Рис. 5. Симметричная линия соединена трансформаторами.

Рис. 6. Симметричная линия, подключенная к электронно-симметричной схеме.

Рис. 7. Симметричная линия подключена к несимметричному сигналу, но с симметричным сопротивлением.

Есть несколько способов управления симметричной линией и обнаружения сигнала. Во всех методах для сохранения хорошей помехоустойчивости важно, чтобы управляющая и принимающая цепи поддерживали баланс импеданса линии. Также важно, чтобы приемная схема обнаруживала только дифференциальные сигналы и отклоняла синфазные сигналы. Не обязательно (хотя это часто бывает), чтобы передаваемый сигнал был сбалансированным, то есть симметричным относительно земли.

Трансформаторный баланс

Концептуально самый простой способ подключения к симметричной линии - через трансформаторы каждый конец показан на рисунке 5. Трансформаторы были первоначальным методом создания таких соединений в телефонии, а до появления активных схем это был единственный способ. В приложении телефонии они известны как повторяющиеся катушки. Трансформаторы обладают дополнительным преимуществом, заключающимся в полной изоляции (или "плавающем") проводе от земли и токи контура заземления, которые нежелательны при использовании других методов.

На стороне трансформатора, обращенной к линии, в качественной конструкции обмотка будет уложена из двух частей (часто с центральный кран прилагается), которые тщательно сбалансированы для поддержания баланса линии. При обсуждении этих типов трансформаторов обмотки со стороны линии и со стороны оборудования являются более полезными понятиями, чем более обычные первичные и вторичные обмотки. На передающем конце обмотка на стороне линии является вторичной, но на стороне приема обмотка на стороне линии является первичной. При обсуждении двухпроводная схема первичное и вторичное вообще перестают иметь какое-либо значение, поскольку сигналы текут в обоих направлениях одновременно.

Боковая обмотка трансформатора не требует такой тщательной балансировки. Фактически, одна ветвь на стороне оборудования может быть заземлена без нарушения баланса на линии, как показано на рисунке 5. С трансформаторами передающая и принимающая схемы могут быть полностью разбалансированы с помощью трансформатора, обеспечивающего балансировку.^[2]

Электронный баланс

Электронный баланс, или активный баланс, достигается с помощью дифференциальных усилителей на каждом конце линии. An операционный усилитель его реализация показана на рисунке 6, возможны другие схемы. В отличие от трансформаторного баланса, здесь нет изоляции схемы от линии. Каждый из двух проводов приводится в действие схемой операционного усилителя, которые идентичны, за исключением того, что один инвертирующий, а другой не инвертирующий. Каждый из них по отдельности производит несимметричный сигнал, но вместе они управляют линией симметричным сбалансированным сигналом.^[3][4]Поскольку токи в двух линиях равны и противоположны, это имеет еще одно преимущество: излучаемые сигналы отменяют друг друга, кроме ближнее поле проводников, тем самым уменьшая перекрестные наводки на другие проводники.

Хотя невозможно создать изолированный привод только с помощью схемы операционного усилителя, можно создать плавающий выход. Это важно, если одна нога линии может стать заземлен или соединен с каким-либо другим источником опорного напряжения. Заземление одной ветви линии в схеме на рис. 6 приведет к уменьшению напряжения в сети вдвое, поскольку теперь сигнал выдает только один операционный усилитель. Для достижения плавающего выходного сигнала требуются дополнительные пути обратной связи между двумя операционными усилителями, в результате чего получается более сложная схема, чем на рисунке 6, но все же избегаются затраты на трансформатор. Выход плавающего операционного усилителя может плавать только в пределах направляющих питания операционного усилителя.^[5] Изолированный выход может быть получен без трансформаторов с добавлением оптоизоляторы.^[6]

Баланс импеданса

Как отмечалось выше, можно управлять симметричной линией с несимметричным сигналом и при этом поддерживать линейный баланс. Это схематично представлено на рисунке 7. Усилитель. А Предполагается, что это идеальный (то есть с нулевым выходным сопротивлением) несимметричный выходной усилитель. Он подключается через резистор к одной ноге линии. Другая нога подключается через другой резистор того же номинала. Сопротивление к земле обеих ветвей одинаковое, и линия остается сбалансированной. Приемный усилитель по-прежнему подавляет любые синфазные помехи, так как имеет дифференциальный вход. С другой стороны, линейный сигнал не сбалансирован.^[7] Напряжения на входе в две ножки, V₊ и V₋ даются;

${displaystyle V_{+}=V_{mathrm {in} }{frac {Z_{mathrm {in} }+R_{1}}{Z_{mathrm {in} }+2R_{1}}}}$

${displaystyle V_{-}=V_{mathrm {in} }{frac {R_{1}}{Z_{mathrm {in} }+2R_{1}}}}$

куда Z_в входное сопротивление линии. Они явно не симметричны, поскольку V₋ намного меньше, чем V₊. Это даже не противоположные полярности. В аудиоприложениях V₋ обычно настолько мал, что его можно принять за ноль.^[8]

Сбалансированное преобразование в несбалансированное

Основная статья: балун

Схема, предназначенная для преобразования между сбалансированным и несбалансированным форматами, называется балуном. Балун может быть трансформатором с одной ногой, заземленной на несимметричной стороне, как описано выше в разделе балансировки трансформатора. Возможны и другие схемы, например автотрансформаторы или активные цепи.^[4]

Разъемы

Общие разъемы, используемые с балансными схемами, включают: модульные соединители по телефонным приборам и широкополосным данным, и Разъемы XLR для профессиональное аудио. Разъемы для наушников 1/4 "наконечник / кольцо / рукав (TRS) когда-то широко использовались на ручных коммутаторах и другой телефонной инфраструктуре. Такие разъемы теперь чаще встречаются в миниатюрных размерах (2,5 и 3,5 мм) и используются для несбалансированного стереозвука; однако в профессиональном звуковом оборудовании, таком как микшерные пульты, по-прежнему обычно используются симметричные и несимметричные соединения «линейного уровня» с разъемами 1/4 дюйма.

использованная литература

1. Whitaker, 2001, стр. 371-372.
2. Томпсон, стр 164-166.
3. Slone, стр.334.
4. Василеску, стр 299-300.
5. Whitaker, 2003, стр 223-224.
6. Пейтон и Уолш, стр. 27-28.
7. Реки
8. Эллиот и Бейс, 2002 г.

Список используемой литературы

• Род Эллиот, Уве Бейс, «Сбалансированный передатчик и приемник II», Продукция Elliot Sound, 1 апреля 2002 г., просмотрено и в архиве 7 октября 2015.
• А. Дж. Пейтон, В. Уолш, Аналоговая электроника с операционными усилителями: справочник практических схем, Cambridge University Press, 1993 г. ISBN  0-521-33604-X.
• Майк Риверс, «Сбалансированные и несбалансированные соединения», Presonus, доступ и в архиве 7 октября 2015.
• Г. Рэнди Слоун, Электричество и электроника, McGraw-Hill Professional, 2000 г. ISBN  0-07-136057-3.
• Дэниел М. Томпсон, Понимание звука: получение максимальной отдачи от вашего проекта или профессиональной студии звукозаписи, Hal Leonard Corporation, 2005 г. ISBN  0-634-00959-1.
• Габриэль Василеску, Электронный шум и мешающие сигналы, Springer, 2005 г. ISBN  3-540-40741-3.
• Джерри К. Уитакер, Справочник по электронике, CRC Press, 2001 г. ISBN  0-8493-8353-6.
• Джерри К. Уитакер, Мастер-справочник по аудиопроизводству: руководство по стандартам, оборудованию и системному дизайну, McGraw-Hill Professional, 2003 г. ISBN  0-07-140876-2.