संतुलित परिपथ

एक संतुलित सर्किट एक संतुलित लाइन या संतुलित लाइन के साथ उपयोग के लिए विद्युत सर्किट है। संतुलित रेखाएँ दो तारों पर दो बिंदुओं के बीच कई प्रकार के विद्युत संचार सिग्नल (इलेक्ट्रॉनिक्स) संचारित करने की एक सामान्य विधि है। एक संतुलित लाइन में दो सिग्नल लाइनें एक मिलान प्रतिबाधा की होती हैं जिससे यह सुनिश्चित करने में मदद मिलती है कि लाइन में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप विद्युत चुम्बकीय प्रेरण सामान्य-मोड संकेत | सामान्य-मोड है और अच्छे सामान्य-मोड अस्वीकृति के साथ सर्किटरी द्वारा प्राप्त अंत में हटाया जा सकता है। संतुलन बनाए रखने के लिए, सर्किट ब्लॉक जो लाइन से जुड़े होते हैं, या लाइन में जुड़े होते हैं, उन्हें भी संतुलित किया जाना चाहिए।

संतुलित लाइनें काम करती हैं क्योंकि आसपास के वातावरण से हस्तक्षेप करने वाला इलेक्ट्रॉनिक शोर दोनों तारों में समान शोर वोल्टेज उत्पन्न करता है। प्राप्त सिरे पर दो तारों के बीच वोल्टेज अंतर को मापकर, मूल सिग्नल को पुनः प्राप्त किया जाता है जबकि शोर को खारिज कर दिया जाता है। प्रत्येक तार में प्रेरित शोर में कोई भी असमानता एक असंतुलन है और इसके परिणामस्वरूप शोर पूरी तरह से खारिज नहीं किया जाएगा। संतुलन के लिए एक आवश्यकता यह है कि दोनों तार शोर स्रोत से समान दूरी पर हों। यह अक्सर तारों को जितना संभव हो सके एक-दूसरे के करीब रखकर और ट्विस्टेड जोड़ी को एक साथ रखकर हासिल किया जाता है। एक और आवश्यकता यह है कि ग्राउंड (बिजली) (या जो भी संदर्भ बिंदु अंतर डिटेक्टर द्वारा उपयोग किया जा रहा है) के लिए प्रतिबाधा लाइन की लंबाई के साथ सभी बिंदुओं पर दोनों कंडक्टरों के लिए समान है। यदि एक तार की जमीन पर प्रतिबाधा अधिक है तो इससे अधिक शोर उत्पन्न होगा, जिससे संतुलन नष्ट हो जाएगा।

संतुलन और समरूपता

प्रदर्शित करने के लिए लो पास फिल्टर का उपयोग करते हुए 4 अलग-अलग सर्किट कॉन्फ़िगरेशन का उदाहरण। चित्र 1. असंतुलित, असममित परिपथ। चित्र 2. असंतुलित, सममित सर्किट। चित्र 3. संतुलित, असममित सर्किट। चित्र 4. संतुलित, सममित सर्किट।

एक संतुलित सर्किट आम ​​तौर पर दो कंडक्टरों के बीच एक क्षैतिज रेखा के बारे में अपने घटकों की समरूपता दिखाएगा (उदाहरण चित्र 3 में)। यह आम तौर पर सममित सर्किट के अर्थ से अलग है, जो एक सर्किट है जो अपने मध्य बिंदु पर एक ऊर्ध्वाधर रेखा के बारे में अपने घटकों की समरूपता दिखाता है। सममित सर्किट का एक उदाहरण चित्र 2 में दिखाया गया है। संतुलित रेखाओं के साथ उपयोग के लिए डिज़ाइन किए गए सर्किट को अक्सर संतुलित और सममित दोनों के रूप में डिज़ाइन किया जाएगा जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है। समरूपता के लाभ यह हैं कि दोनों बंदरगाहों पर समान प्रतिबाधा प्रस्तुत की जाती है और कि सर्किट का लाइन पर दोनों दिशाओं में यात्रा करने वाले सिग्नलों पर समान प्रभाव पड़ता है।

संतुलन और समरूपता आमतौर पर क्रमशः परावर्तन समरूपता क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर भौतिक समरूपता से जुड़े होते हैं जैसा कि चित्र 1 से 4 में दिखाया गया है। हालाँकि, इन स्थितियों के लिए भौतिक समरूपता एक आवश्यक आवश्यकता नहीं है। यह केवल आवश्यक है कि विद्युत प्रतिबाधा सममित हो। ऐसे सर्किटों को डिज़ाइन करना संभव है जो भौतिक रूप से सममित नहीं हैं लेकिन जिनमें समकक्ष बाधाएं हैं जो सममित हैं।

संतुलित सिग्नल और संतुलित सर्किट

एक संतुलित सिग्नल वह होता है जहां प्रत्येक तार पर वोल्टेज जमीन (या किसी अन्य संदर्भ) के संबंध में सममित होता है। यानी सिग्नल एक-दूसरे के सापेक्ष उलटे होते हैं। एक संतुलित सर्किट एक ऐसा सर्किट होता है जहां दोनों पक्षों में सभी प्रकार से समान संचरण विशेषताएं होती हैं। संतुलित रेखा वह रेखा होती है जिसमें संतुलित (सममित) वोल्टेज लागू होने पर दो तार संतुलित धाराएं (अर्थात् समान और विपरीत धाराएं) ले जाएंगे। निष्क्रिय सर्किटरी के मामले में, यदि बाधाएं संतुलित हैं, तो लाइनों और सर्किट के संतुलन की स्थिति पूरी हो जाएगी। लाइन और सर्किट संतुलित रहते हैं, और सामान्य-मोड शोर अस्वीकृति के लाभ लागू होते रहते हैं, चाहे लागू सिग्नल स्वयं संतुलित (सममित) हो या नहीं, हमेशा बशर्ते कि उस सिग्नल का उत्पादन करने वाला जनरेटर लाइन के प्रतिबाधा संतुलन को बनाए रखता है।

ड्राइविंग और रिसीविंग सर्किट

चित्र 5. ट्रांसफार्मर का उपयोग करके निष्क्रिय रूप से जुड़ी संतुलित लाइन।

चित्र 6. सक्रिय संतुलित सर्किटरी से जुड़ी संतुलित रेखा।

चित्र 7. संतुलित रेखा एक असममित संकेत के साथ सक्रिय रूप से संचालित होती है, लेकिन संतुलित प्रतिबाधा से जुड़ी होती है।

ऐसे कई तरीके हैं जिनसे एक संतुलित लाइन को चलाया जा सकता है और सिग्नल का पता लगाया जा सकता है। सभी तरीकों में, अच्छे शोर प्रतिरक्षा के निरंतर लाभ के लिए, यह आवश्यक है कि ड्राइविंग और प्राप्त करने वाला सर्किट लाइन के प्रतिबाधा संतुलन को बनाए रखे। यह भी आवश्यक है कि प्राप्तकर्ता सर्किट केवल विभेदक संकेतों का पता लगाए और सामान्य-मोड संकेतों को अस्वीकार कर दे। यह आवश्यक नहीं है (हालाँकि अक्सर ऐसा होता है) कि प्रेषित सिग्नल संतुलित हो, यानी ज़मीन के बारे में सममित हो।

ट्रांसफार्मर संतुलन

एक संतुलित लाइन से जुड़ने का वैचारिक रूप से सबसे सरल तरीका चित्र 5 में दिखाए गए प्रत्येक छोर पर ट्रांसफार्मर के माध्यम से है। ट्रांसफार्मर टेलीफोनी में ऐसे कनेक्शन बनाने का मूल तरीका था, और सक्रिय सर्किटरी के आगमन से पहले ट्रांसफार्मर ही एकमात्र तरीका था। टेलीफोनी एप्लिकेशन में इन्हें दोहराई जाने वाली कुंडल ्स के रूप में जाना जाता है। ट्रांसफार्मर को पृथ्वी और ग्राउंड लूप (बिजली) से लाइन को पूरी तरह से अलग करने (या तैरने) का अतिरिक्त लाभ होता है, जो अन्य तरीकों से एक अवांछनीय संभावना है।

लाइन के सामने ट्रांसफार्मर के किनारे, एक अच्छी गुणवत्ता वाले डिज़ाइन में, वाइंडिंग को दो भागों में रखा जाएगा (अक्सर एक केंद्र नल प्रदान किया जाता है) जो लाइन संतुलन बनाए रखने के लिए सावधानीपूर्वक संतुलित होते हैं। इस प्रकार के ट्रांसफार्मर पर चर्चा करते समय लाइन साइड और उपकरण साइड वाइंडिंग अधिक सामान्य प्राथमिक और माध्यमिक वाइंडिंग की तुलना में अधिक उपयोगी अवधारणाएं हैं। भेजने वाले सिरे पर लाइन साइड वाइंडिंग द्वितीयक होती है, लेकिन प्राप्त करने वाले सिरे पर लाइन साइड वाइंडिंग प्राथमिक होती है। दो-तार सर्किट पर चर्चा करते समय प्राथमिक और द्वितीयक का कोई मतलब नहीं रह जाता है, क्योंकि सिग्नल एक साथ दोनों दिशाओं में प्रवाहित हो रहे हैं।

ट्रांसफार्मर की उपकरण साइड वाइंडिंग को इतनी सावधानी से संतुलित करने की आवश्यकता नहीं है। वास्तव में, जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है, उपकरण के किनारे के एक पैर को लाइन पर संतुलन को प्रभावित किए बिना अर्थ किया जा सकता है। ट्रांसफार्मर के साथ भेजने और प्राप्त करने वाली सर्किट्री संतुलन प्रदान करने वाले ट्रांसफार्मर के साथ पूरी तरह से असंतुलित हो सकती है।

सक्रिय संतुलन

लाइन के प्रत्येक छोर पर डिफरेंशियल एम्पलीफायरों का उपयोग करके सक्रिय संतुलन हासिल किया जाता है। इसका एक ऑप-एम्प कार्यान्वयन चित्र 6 में दिखाया गया है, अन्य सर्किटरी संभव है। ट्रांसफार्मर संतुलन के विपरीत, लाइन से सर्किट्री का कोई अलगाव नहीं होता है। दोनों तारों में से प्रत्येक एक ऑप एम्प सर्किट द्वारा संचालित होता है जो समान है, सिवाय इसके कि एक इनवर्टिंग है और एक नॉन-इनवर्टिंग है। प्रत्येक व्यक्ति व्यक्तिगत रूप से एक असममित संकेत उत्पन्न करता है लेकिन साथ में वे एक सममित संकेत के साथ लाइन चलाते हैं। प्रत्येक amp का आउटपुट प्रतिबाधा बराबर है इसलिए लाइन का प्रतिबाधा संतुलन बनाए रखा जाता है। हालाँकि अकेले ऑप-एम्प सर्किटरी के साथ एक पृथक ड्राइव बनाना संभव नहीं है, लेकिन फ्लोटिंग आउटपुट बनाना संभव है। यह महत्वपूर्ण है यदि लाइन का एक पैर ग्राउंडेड हो सकता है या किसी अन्य वोल्टेज संदर्भ से जुड़ा हो सकता है। चित्र 6 के सर्किट में लाइन के एक पैर को ग्राउंड करने से लाइन वोल्टेज आधा हो जाएगा क्योंकि अब केवल एक ऑप-एम्प सिग्नल प्रदान कर रहा है। फ्लोटिंग आउटपुट प्राप्त करने के लिए दो ऑप-एम्प्स के बीच अतिरिक्त फीडबैक पथ की आवश्यकता होती है जिसके परिणामस्वरूप चित्र 6 की तुलना में अधिक जटिल सर्किट बनता है, लेकिन फिर भी ट्रांसफार्मर के खर्च से बचा जा सकता है। एक फ्लोटिंग ऑप-एम्प आउटपुट केवल ऑप-एम्प की आपूर्ति रेल की सीमा के भीतर ही तैर सकता है। ऑप्टो आइसोलेटर ्स को जोड़कर ट्रांसफार्मर के बिना एक पृथक आउटपुट प्राप्त किया जा सकता है।

प्रतिबाधा संतुलन

जैसा कि ऊपर बताया गया है, सिंगल-एंडेड सिग्नल के साथ एक संतुलित लाइन चलाना और फिर भी लाइन संतुलन बनाए रखना संभव है। इसे आकृति 7 में रूपरेखा में दर्शाया गया है। एक अवरोधक के माध्यम से लाइन के एक पैर को चलाने वाले एम्पलीफायर को एक आदर्श (यानी, शून्य आउटपुट प्रतिबाधा) एकल-समाप्त आउटपुट amp माना जाता है। दूसरा पैर उसी मान के दूसरे अवरोधक के माध्यम से जमीन से जुड़ा हुआ है। दोनों पैरों की जमीन पर प्रतिबाधा समान होती है और रेखा संतुलित रहती है। प्राप्त करने वाला एम्पलीफायर अभी भी किसी भी सामान्य-मोड शोर को अस्वीकार करता है क्योंकि इसमें एक अंतर इनपुट होता है। दूसरी ओर, लाइन सिग्नल सममित नहीं है। दोनों पैरों के इनपुट पर वोल्टेज, वी₊ और वी₋ द्वारा दिए गए हैं;

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

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

कहाँ Z_in लाइन का इनपुट प्रतिबाधा है. ये स्पष्ट रूप से V के बाद से सममित नहीं हैं₋ V से बहुत छोटा है₊. वे विपरीत ध्रुव भी नहीं हैं। ऑडियो अनुप्रयोगों में वी₋ आमतौर पर इतना छोटा होता है कि इसे शून्य के रूप में लिया जा सकता है।

संतुलित से असंतुलित इंटरफेसिंग

Main article: balun

एक सर्किट जिसका विशिष्ट उद्देश्य संतुलित और असंतुलित सर्किट के बीच इंटरफेसिंग की अनुमति देना होता है, उसे बालुन कहा जाता है। जैसा कि ऊपर ट्रांसफार्मर संतुलन अनुभाग में वर्णित है, एक बलून एक ट्रांसफार्मर हो सकता है जिसका एक पैर असंतुलित तरफ जमीन से जुड़ा हुआ हो। अन्य सर्किट भी संभव हैं जैसे ऑटोट्रांसफॉर्मर या सक्रिय सर्किट।

कनेक्टर्स

संतुलित सर्किट के साथ उपयोग किए जाने वाले सामान्य कनेक्टर में टेलीफोन उपकरणों और ब्रॉडबैंड डेटा पर मॉड्यूलर कनेक्टर और पेशेवर ऑडियो के लिए एक्सएलआर कनेक्टर शामिल हैं। फ़ोन कनेक्टर (ऑडियो)|1/4 टिप/रिंग/स्लीव (टीआरएस) फ़ोन कनेक्टर एक बार मैन्युअल स्विचबोर्ड और अन्य टेलीफोन बुनियादी ढांचे पर व्यापक रूप से उपयोग किए जाते थे। ऐसे कनेक्टर अब आमतौर पर छोटे आकार (2.5 और 3.5 मिमी) में देखे जाते हैं जिनका उपयोग असंतुलित स्टीरियो ऑडियो के लिए किया जाता है; हालाँकि, मिक्सिंग कंसोल जैसे पेशेवर ऑडियो उपकरण अभी भी आमतौर पर 1/4 फोन जैक के साथ संतुलित और असंतुलित लाइन-स्तरीय कनेक्शन का उपयोग करते हैं।

ग्रन्थसूची

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