संतुलित परिपथ

एक संतुलित परिपथ संतुलित लाइन या संतुलित लाइन के साथ उपयोग के लिए विद्युत परिपथ है। संतुलित रेखाएँ दो तारों पर दो बिंदुओं के बीच कई प्रकार के विद्युत संचार सिग्नल (इलेक्ट्रॉनिक्स) संचारित करने की सामान्य विधि है। संतुलित लाइन में दो सिग्नल लाइनें मिलान प्रतिबाधा की होती हैं जिससे यह सुनिश्चित करने में सहायता मिलती है कि लाइन में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप विद्युत चुम्बकीय प्रेरण सामान्य-मोड संकेत है और अच्छे सामान्य-मोड अस्वीकृति के साथ परिपथरी द्वारा प्राप्त अंत में हटाया जा सकता है। संतुलन बनाए रखने के लिए, परिपथ 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 ध्वनि दोनों तारों में समान ध्वनि वोल्टेज उत्पन्न करता है। प्राप्त सिरे पर दो तारों के बीच वोल्टेज अंतर को मापकर, मूल सिग्नल को पुनः प्राप्त किया जाता है जबकि ध्वनि को रद्द कर दिया जाता है। प्रत्येक तार में प्रेरित ध्वनि में कोई भी असमानता असंतुलन है और इसके परिणामस्वरूप ध्वनि पूरी तरह से रद्द नहीं किया जाता है। संतुलन के लिए आवश्यकता यह है कि दोनों तार ध्वनि स्रोत से समान दूरी पर हों। यह अधिकांशतः तारों को जितना संभव हो सके एक-दूसरे के समीप रखकर और ट्विस्टेड जोड़ी को एक साथ रखकर प्राप्त किया जाता है। एक और आवश्यकता यह है कि ग्राउंड (विद्युत्) (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 संवाहक के लिए समान है। यदि तार की अर्थिंग पर प्रतिबाधा अधिक है तो इससे अधिक ध्वनि उत्पन्न होगी, जिससे संतुलन नष्ट हो जाता है।

संतुलन और समरूपता
एक संतुलित परिपथ सामान्यतः दो संवाहक के बीच क्षैतिज रेखा के बारे में अपने घटकों की समरूपता दिखाता है (उदाहरण चित्र 3 में)। यह सामान्यतः सममित परिपथ के अर्थ से अलग है, जो परिपथ है जो अपने मध्य बिंदु पर ऊर्ध्वाधर रेखा के बारे में अपने घटकों की समरूपता दिखाता है। सममित परिपथ का उदाहरण चित्र 2 में दिखाया गया है। संतुलित रेखाओं के साथ उपयोग के लिए डिज़ाइन किए गए परिपथ को अधिकांशतः 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 परिपथ का लाइन पर दोनों दिशाओं में यात्रा करने वाले सिग्नलों पर समान प्रभाव पड़ता है।

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

संतुलित सिग्नल और संतुलित परिपथ
एक संतुलित सिग्नल वह होता है जहां प्रत्येक तार पर वोल्टेज अर्थिंग (या किसी अन्य संदर्भ) के संबंध में सममित होता है। अर्थात सिग्नल एक-दूसरे के सापेक्ष उलटे होते हैं। संतुलित परिपथ ऐसा परिपथ होता है जहां दोनों पक्षों में सभी प्रकार से समान संचरण विशेषताएं होती हैं। संतुलित रेखा वह रेखा होती है जिसमें संतुलित (सममित) वोल्टेज प्रयुक्त होने पर दो तार संतुलित धाराएं (अर्थात् समान और विपरीत धाराएं) ले जाते है। निष्क्रिय परिपथरी की स्थितियों में, यदि बाधाएं संतुलित हैं, तो लाइनों और परिपथ के संतुलन की स्थिति पूरी हो जाती है। लाइन और परिपथ संतुलित रहते हैं, और सामान्य-मोड ध्वनि अस्वीकृति के लाभ प्रयुक्त होते रहते हैं, चाहे प्रयुक्त सिग्नल स्वयं संतुलित (सममित) हो या नहीं, सदैव परंतु कि उस सिग्नल का उत्पादन करने वाला जनरेटर लाइन के प्रतिबाधा संतुलन को बनाए रखता है।

ड्राइविंग और रिसीविंग परिपथ
एसी कई विधियाँ हैं जिनसे संतुलित लाइन को चलाया जा सकता है और सिग्नल का पता लगाया जा सकता है। सभी विधियाँ में, अच्छे ध्वनि प्रतिरक्षा के निरंतर लाभ के लिए, यह आवश्यक है कि ड्राइविंग और प्राप्त करने वाला परिपथ लाइन के प्रतिबाधा संतुलन को बनाए रखता है। यह भी आवश्यक है कि प्राप्तकर्ता परिपथ केवल विभेदक संकेतों का पता लगाता है और सामान्य-मोड संकेतों को अस्वीकार कर देता है। यह आवश्यक नहीं है (चूँकि अधिकांशतः ऐसा होता है) कि प्रेषित सिग्नल संतुलित हो, अर्थात अर्थिंग के बारे में सममित हो सकता है।

ट्रांसफार्मर संतुलन
एक संतुलित लाइन से जुड़ने की वैचारिक रूप से सबसे सरल विधि चित्र 5 में दिखाए गए प्रत्येक छोर पर ट्रांसफार्मर के माध्यम से है। ट्रांसफार्मर टेलीफोनी में ऐसे कनेक्शन बनाने की मूल विधि थी, और सक्रिय परिपथरी के आगमन से पहले ट्रांसफार्मर ही एकमात्र विधि थी। टेलीफोनी एप्लिकेशन में इन्हें दोहराई जाने वाली कुंडल के रूप में जाना जाता है। ट्रांसफार्मर को अर्थ और अर्थ लूप (विद्युत्) से लाइन को पूरी तरह से अलग करने (या फ्लोटिंग) का अतिरिक्त लाभ होता है, जो अन्य विधियाँ से अवांछनीय संभावना है।

लाइन के सामने ट्रांसफार्मर के किनारे, अच्छी गुणवत्ता वाले डिज़ाइन में, वाइंडिंग को दो भागों में रखा जाएगा (अधिकांशतः 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, किंतु प्राप्त करने वाले सिरे पर लाइन साइड वाइंडिंग प्राथमिक होती है। दो-तार परिपथ 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 पैर को लाइन पर संतुलन को प्रभावित किए बिना अर्थ किया जा सकता है। ट्रांसफार्मर के साथ भेजने और प्राप्त करने वाली परिपथ्री 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 प्राप्त किया जाता है। इसका ऑप-एम्प कार्यान्वयन चित्र 6 में दिखाया गया है, अन्य परिपथरी संभव है। ट्रांसफार्मर संतुलन के विपरीत, लाइन से परिपथ्री का कोई पृथक्करण नहीं होता है। दोनों तारों में से प्रत्येक ऑप एम्प परिपथ द्वारा संचालित होता है जो समान है, अतिरिक्त इसके कि इनवर्टिंग है और नॉन-इनवर्टिंग है। प्रत्येक व्यक्ति व्यक्तिगत रूप से असममित संकेत उत्पन्न करता है किंतु साथ में वे सममित संकेत के साथ लाइन चलाते हैं। प्रत्येक एम्प का आउटपुट प्रतिबाधा बराबर है इसलिए लाइन का प्रतिबाधा संतुलन बनाए रखा जाता है।

चूँकि अकेले ऑप-एम्प परिपथरी के साथ पृथक ड्राइव बनाना संभव नहीं है, किंतु फ्लोटिंग आउटपुट बनाना संभव है। यह महत्वपूर्ण है यदि लाइन का पैर ग्राउंडेड हो सकता है या किसी अन्य वोल्टेज संदर्भ से जुड़ा हो सकता है। चित्र 6 के परिपथ में लाइन के पैर को ग्राउंड करने से लाइन वोल्टेज आधा हो जाएगा क्योंकि अब केवल 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 परिपथ बनता है, किंतु फिर भी ट्रांसफार्मर के व्यय से बचा जा सकता है। फ्लोटिंग ऑप-एम्प आउटपुट केवल ऑप-एम्प की आपूर्ति रेल की सीमा के अंदर ही फ्लोट कर सकता है। ऑप्टो आइसोलेटर को जोड़कर ट्रांसफार्मर के बिना पृथक आउटपुट प्राप्त किया जा सकता है।

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


 * $$V_+ = V_\mathrm {in} \frac{Z_\mathrm {in}+R_1}{Z_\mathrm {in}+2R_1}$$
 * $$V_- = V_\mathrm {in} \frac{R_1}{Z_\mathrm {in}+2R_1}$$

जहाँ Zin लाइन का इनपुट प्रतिबाधा है। ये स्पष्ट रूप से सममित नहीं हैं क्योंकि V−, V+ से बहुत छोटा है। वे विपरीत ध्रुव भी नहीं हैं। ऑडियो अनुप्रयोगों में V− सामान्यतः इतना छोटा होता है कि इसे शून्य के रूप में लिया जा सकता है।

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

कनेक्टर्स
संतुलित परिपथ के साथ उपयोग किए जाने वाले सामान्य कनेक्टर में टेलीफोन उपकरणों और ब्रॉडबैंड डेटा पर मॉड्यूलर कनेक्टर और प्रोफेशनल ऑडियो के लिए एक्सएलआर कनेक्टर सम्मिलित हैं। 1/4" टिप/रिंग/स्लीव (टीआरएस) फोन कनेक्टर का उपयोग एक समय में मैन्युअल स्विचबोर्ड और अन्य टेलीफोन बुनियादी ढांचे पर व्यापक रूप से किया जाता था। ऐसे कनेक्टर अब सामान्यतः छोटे आकार (2.5 और 3.5 मिमी) में देखे जाते हैं जिनका उपयोग असंतुलित स्टीरियो ऑडियो के लिए किया जाता है; चूँकि, मिक्सिंग कंसोल जैसे प्रोफेशनल ऑडियो उपकरण अभी भी सामान्यतः 1/4 फोन जैक के साथ संतुलित और असंतुलित लाइन-स्तरीय कनेक्शन का उपयोग करते हैं।

ग्रन्थसूची

 * Rod Elliot, Uwe Beis, "Balanced transmitter and receiver II", Elliot Sound Products, 1 April 2002, accessed and archived 7 October 2015.
 * A. J. Peyton, V. Walsh, Analog electronics with Op Amps: a source book of practical circuits, Cambridge University Press, 1993 ISBN 0-521-33604-X.
 * Mike Rivers, "Balanced and unbalanced connections", Presonus, accessed and archived 7 October 2015.
 * G. Randy Slone, Electricity and electronics, McGraw-Hill Professional, 2000 ISBN 0-07-136057-3.
 * Daniel M. Thompson, Understanding audio: getting the most out of your project or professional recording studio, Hal Leonard Corporation, 2005 ISBN 0-634-00959-1.
 * Gabriel Vasilescu, Electronic noise and interfering signals, Springer, 2005 ISBN 3-540-40741-3.
 * Jerry C. Whitaker, The resource handbook of electronics, CRC Press, 2001 ISBN 0-8493-8353-6.
 * Jerry C. Whitaker, Master handbook of audio production: a guide to standards, equipment, and system design, McGraw-Hill Professional, 2003 ISBN 0-07-140876-2.