संतुलित रेखा

"संतुलित" redirects here. For अन्य उपयोग, see संतुलन (बहुविकल्पी).

दूरसंचार और व्यावसायिक ऑडियो में, एक संतुलित रेखा या संतुलित संकेत जोड़ी एक परिपथ है जिसमें एक ही प्रकार के दो विद्युत चालक होते हैं, जिनमें से दोनों की लंबाई के साथ समान विद्युत प्रतिबाधा होती है और भूमि (विद्युत) और अन्य परिपथ के बराबर प्रतिबाधा होती है। संतुलित रेखा प्रारूप का प्राथमिक लाभ ट्रांसफार्मर या अंतर एम्पलीफायर जैसे अंतर उपकरण को खिलाए जाने पर सामान्य-मोड ध्वनि और हस्तक्षेप की अच्छी अस्वीकृति है। जैसा कि ध्वनि मुद्रण और रिप्रोडक्शन में प्रचलित है, संतुलित रेखाओं को संतुलित ऑडियो कहा जाता है।

संतुलित रेखा के सामान्य रूप जुड़वां-लेड होते हैं, जिनका उपयोग रेडियो आवृत्ति संकेत और व्यावर्तित जोड़ी के लिए किया जाता है, जिनका उपयोग कम आवृत्तियों के लिए किया जाता है। उन्हें असंतुलित रेखाओं के विपरीत होना चाहिए, जैसे कि समाक्षीय केबल, जिसे इसके पुनरावृत्ति विद्युत चालक को भूमि (विद्युत) से जोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है, या परिपथ जिसका पुनरावृत्ति विद्युत चालक वास्तविक में ग्राउंड ( पृथ्वी-वापसी टेलीग्राफ देखें) है। संतुलित परिपथ और असंतुलित परिपथ को बालन नामक उपकरण का उपयोग करके जोड़ा जा सकता है।

संतुलन के लाभों को बनाए रखने के लिए संतुलित रेखाओं को चलाने वाले परिपथों को स्वयं संतुलित होना चाहिए। यह ट्रांसफॉर्मर युग्मन (दोहराए जाने वाले कॉइल) या प्रत्येक विद्युत चालक में प्रतिबाधा को संतुलित करके प्राप्त किया जा सकता है।

सममित संकेतों को ले जाने वाली रेखाएँ (जिनके समान आयाम हैं किन्तु प्रत्येक लेग पर विपरीत ध्रुवताएँ हैं) को अधिकांश गलत विधि से संतुलित के रूप में संदर्भित किया जाता है, किन्तु यह वास्तविक में अंतर संकेतन है। संतुलित रेखाएँ और विभेदक संकेतन अधिकांश एक साथ उपयोग किए जाते हैं, किन्तु वे एक ही चीज़ नहीं हैं। विभेदक संकेतन एक रेखा को संतुलित नहीं करता है, और न ही संतुलित केबलों में ध्वनि अस्वीकृति के लिए विभेदक संकेतन की आवश्यकता होती है।

स्पष्टीकरण

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चित्र 1. मुड़ जोड़ी प्रारूप में संतुलित रेखा। यह रेखा 2-तार परिपथ के साथ उपयोग के लिए अभिप्रेत है।

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चित्र 2. स्टार क्वाड प्रारूप में संतुलित रेखा। यह रेखा 4-तार परिपथ या दो 2-तार परिपथ के उपयोग के लिए अभिप्रेत है। इसका उपयोग व्यावसायिक ऑडियो में माइक्रोफोन संकेत के साथ भी किया जाता है।

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चित्र 3. डीएम क्वाड प्रारूप में संतुलित रेखा। यह रेखा 4-तार परिपथ या दो 2-तार परिपथ के उपयोग के लिए अभिप्रेत है।

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चित्र 4. जुड़वां लीड प्रारूप में संतुलित रेखा। यह रेखा आरएफ परिपथ, विशेष रूप से एंटीना के साथ प्रयोग के लिए है।

संतुलित रेखा पर संकेत का प्रसारण बाहरी विपथित विद्युत क्षेत्रों के कारण ध्वनि या हस्तक्षेप के प्रभाव को कम करता है। कोई भी बाहरी संकेत स्रोत फैराडे के प्रेरण के नियम को रेखा पर केवल सामान्य-मोड हस्तक्षेप के लिए प्रवृत्त करते हैं, और भूमि पर संतुलित विद्युत प्रतिबाधा भटके हुए विद्युत क्षेत्रों के कारण विभेदक पिकअप को कम करती है। विद्युत चालकों को कभी-कभी मुड़ जोड़ी होती है जिससे यह सुनिश्चित किया जा सके कि प्रत्येक विद्युत चालक समान रूप से किसी भी बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में है जो अवांछित ध्वनि उत्पन्न कर सकता है।

ध्वनि की मात्रा को कम करने के लिए कुछ संतुलित रेखाओं में स्थिर वैद्युत विक्षेप परिरक्षण भी होता है। केबल को अधिकांश पन्नी, तांबे के तार या तांबे की चोटी में लपेटा जाता है। यह कवच आरएफ हस्तक्षेप के प्रति प्रतिरोधकता प्रदान करता है किन्तु चुंबकीय क्षेत्रों के प्रति प्रतिरोधकता प्रदान नहीं करता है।

कुछ संतुलित रेखाएं चुंबकीय क्षेत्र को प्रतिरोधक क्षमता प्रदान करने के लिए 4-विद्युत चालक स्टार क्वाड केबल का उपयोग करती हैं। केबल की ज्यामिति यह सुनिश्चित करती है कि चुंबकीय क्षेत्र संतुलित परिपथ के दोनों छोरों के समान हस्तक्षेप का कारण बने। यह संतुलित हस्तक्षेप सामान्य-मोड संकेत है जिसे ट्रांसफॉर्मर या संतुलित अंतर रिसीवर द्वारा आसानी से हटाया जा सकता है।

संतुलित रेखा कॉमन-मोड इंटरफेरेंस को अस्वीकार करके कनेक्शन पर ध्वनि को कम करने के लिए विभेदक संकेतन की अनुमति देती है। रेखाओं में भूमि पर समान विद्युत प्रतिबाधा होती है, इसलिए हस्तक्षेप करने वाले क्षेत्र या धाराएं दोनों तारों में समान वोल्टेज उत्पन्न करती हैं। चूंकि रिसीवर केवल तारों के बीच के अंतर पर प्रतिक्रिया करता है, यह प्रेरित ध्वनि वोल्टेज से प्रभावित नहीं होता है। यदि असंतुलित परिपथ में संतुलित रेखा का उपयोग किया जाता है, तो प्रत्येक विद्युत चालक से भूमि पर अलग-अलग प्रतिबाधाओं के साथ, अलग-अलग विद्युत चालकों में प्रेरित धाराएं अलग-अलग वोल्टेज की गिरावट का कारण बनती हैं, इस प्रकार एक वोल्टेज अंतर उत्पन्न होता है, जिससे रेखा ध्वनि के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाती है। व्यावर्तित युग्मों के उदाहरणों में श्रेणी 5 केबल सम्मिलित हैं।

असंतुलित रेखा की तुलना में, संतुलित रेखाएँ प्रति दूरी ध्वनि की मात्रा को कम करती हैं, जिससे लंबी केबल चलाना व्यावहारिक हो जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप दोनों संकेतों को उसी तरह प्रभावित करेगा। जब एक संकेत को दूसरे से घटाया जाता है तो ट्रांसमिशन पथ के अंत में दो संकेत के बीच समानता स्वचालित रूप से हटा दी जाती है।

टेलीफोन प्रणाली

संतुलित रेखाओं के लिए पहला आवेदन टेलीफोन रेखाओं के लिए था। टेलीग्राफ प्रणाली (जो संक्षेप में डिजिटल है) पर हस्तक्षेप जो कि टेलीफोन उपयोगकर्ता के लिए बहुत परेशान करने वाला हो सकता है। प्रारंभिक प्रारूप दो एकल-तार असंतुलित टेलीग्राफ रेखाओं को लेना और उन्हें एक जोड़ी के रूप में उपयोग करना था। हालांकि, यह अपर्याप्त सिद्ध हुआ, विद्युत शक्ति संचरण की वृद्धि के साथ जो समान मार्गों का उपयोग करने के लिए प्रवृत्त हुआ। कई मील तक विद्युत रेखा के साथ चलने वाली टेलीफोन रेखा अनिवार्य रूप से एक छोर में दूसरे की तुलना में अधिक हस्तक्षेप प्रेरित करेगी क्योंकि उनमें से एक विद्युत रेखा के निकट होगा। इस समस्या को क्रॉस-ओवर के साथ हर कुछ सौ गज की दूरी पर दो छोरों की स्थिति को स्वैप करके संबोधित किया गया था, इस प्रकार यह सुनिश्चित किया गया कि दोनों छोरों में समान हस्तक्षेप प्रेरित था और सामान्य-मोड अस्वीकृति को अपना काम करने की अनुमति देता है। जैसे-जैसे टेलीफोन प्रणाली का विकास हुआ, अंतरिक्ष को बचाने के लिए और खराब मौसम के समय खराब प्रदर्शन से बचने के लिए खुले तारों के अतिरिक्त केबल का उपयोग करना उत्तम हो गया। संतुलित टेलीफोन केबलों के लिए प्रयुक्त केबल निर्माण मुड़ जोड़ी थी; चूंकि, यह तब तक व्यापक नहीं हुआ जब तक कि पुनरावर्तक एम्पलीफायर उपलब्ध नहीं हो गए। अनएम्प्लीफाइड टेलीफोन रेखा के लिए, एक मुड़ी हुई जोड़ी केबल अधिकतम 30 किमी की दूरी ही तय कर सकती है। दूसरी ओर, खुले तार, उनकी कम धारिता के साथ, भारी दूरियों के लिए उपयोग किए गए थे—न्यूयॉर्क से शिकागो तक 1893 में बनाया गया 1500 किमी का सबसे लंबा था। कॉइल लोड हो रहा है का उपयोग केबल के साथ प्राप्त की जाने वाली दूरी को उत्तम बनाने के लिए किया गया था किन्तु समस्या थी 1912 में एम्पलीफायरों को स्थापित करना प्रारंभ करने तक अंत में इसे दूर नहीं किया गया। मुड़ी हुई जोड़ी संतुलित रेखाएं अभी भी व्यापक रूप से स्थानीय छोरों के लिए उपयोग की जाती हैं, वे रेखाएं जो प्रत्येक ग्राहक के परिसर को उनके संबंधित टेलिफ़ोन एक्सचेंज से जोड़ती हैं।

टेलीफोन ट्रंक रेखाएं, और विशेष रूप से आवृत्ति विभाजन बहुसंकेतन कैरियर प्रणाली, सामान्यतः 2-तार परिपथ के अतिरिक्त 4-तार परिपथ होते हैं (या कम से कम वे फाइबर ऑप्टिक से पहले थे। फाइबर-ऑप्टिक व्यापक हो गए थे) और एक अलग प्रकार की केबल की आवश्यकता होती है। इस प्रारूप में विद्युत चालकों को दो जोड़े में व्यवस्थित करने की आवश्यकता होती है, एक जोड़ी संकेत भेजने (जाने) के लिए और दूसरी पुनरावृत्ति संकेत के लिए। इस तरह के प्रसारण में हस्तक्षेप का सबसे बड़ा स्रोत सामान्यतः स्वयं जाने और वापस आने वाले परिपथ के बीच का क्रॉसस्टॉक होता है। सबसे सामान्य केबल प्रारूप स्टार क्वाड है, जहां तिरछे विपरीत विद्युत चालक जोड़े बनाते हैं। यह ज्यामिति दो जोड़ियों के बीच अधिकतम सामान्य मोड अस्वीकृति देती है। एक वैकल्पिक प्रारूप डीएम (डीज़लहोर्स्ट-मार्टिन) क्वाड है जिसमें अलग-अलग पिचों पर घुमाव के साथ दो मुड़ जोड़े होते हैं।

ऑडियो प्रणाली

Main article: संतुलित ऑडियो

अंजीर। 5. स्टार क्वाड केबल से जुड़े माइक्रोफोन संतुलन बनाए रखने के लिए बिल्कुल विपरीत विद्युत चालकों से जुड़ते हैं। यह 4-तार परिपथ पर उपयोग से अलग है। इस आरेख में रंग चित्र 2 में रंग के अनुरूप हैं।

संतुलित रेखाओं का उदाहरण व्यावसायिक प्रणालियों में मिक्सर से माइक्रोफ़ोन का कनेक्शन है। शास्त्रीय रूप से, गतिशील और संघनित्र दोनों प्रकार के माइक्रोफोन अंतर-मोड संकेत प्रदान करने के लिए ट्रांसफॉर्मर का उपयोग करते थे. जबकि ट्रांसफॉर्मर अभी भी आधुनिक गतिशील माइक्रोफोनों के बड़े हिस्से में उपयोग किए जाते हैं, हाल ही के कंडेनसर माइक्रोफोनों में इलेक्ट्रॉनिक ड्राइव सर्किट्री का उपयोग करने की अधिक संभावना है। प्रत्येक छोर, किसी भी संकेत के अतिरिक्त, भूमि पर समान प्रतिबाधा होनी चाहिए। जोड़ी केबल (या एक जोड़ी-व्युत्पन्न जैसे कि स्टार क्वाड केबल) का उपयोग संतुलित प्रतिबाधा बनाए रखने के लिए किया जाता है और कोर के निकट घुमाने से यह सुनिश्चित होता है कि दोनों विद्युत चालकों के लिए कोई हस्तक्षेप सामान्य है। यह प्रदान करते हुए कि प्राप्त करने वाला अंत (सामान्यतः एक मिश्रण कंसोल) रेखा संतुलन को परेशान नहीं करता है, और सामान्य-मोड (ध्वनि) संकेतों को अनदेखा करने में सक्षम है, और अंतर वाले को निकाल सकता है, तो प्रणाली में प्रेरित हस्तक्षेप के लिए उत्कृष्ट प्रतिरक्षा होगी।

विशिष्ट व्यावसायिक ऑडियो स्रोत, जैसे कि माइक्रोफोन, में तीन-पिन एक्सएलआर कनेक्टर होते हैं। शील्ड या चेसिस ग्राउंड से जुड़ता है, जबकि अन्य दो संकेत विद्युत चालक के लिए हैं। संकेत तार विपरीत ध्रुवता (विभेदक संकेतन) के साथ एक ही संकेत की दो प्रतियां ले जा सकते हैं किन्तु ऐसा करने की आवश्यकता नहीं है। उन्हें अधिकांश गर्म और ठंडा कहा जाता है, और AES14-1992(r2004) मानक [और EIA मानक RS-297-A] सुझाव देते हैं कि ट्रांसड्यूसर पर धनात्मक वायु दाब के परिणामस्वरूप धनात्मक संकेत को वहन करने वाले पिन को 'हॉट' माना जाएगा। पिन 2 को 'हॉट' पिन के रूप में नामित किया गया है, और यह पदनाम शेष प्रणाली में सुसंगत ध्रुवीयता बनाए रखने के लिए उपयोगी है। चूंकि ये विद्युत चालक स्रोत से गंतव्य तक एक ही पथ पर यात्रा करते हैं, यह धारणा है कि दोनों विद्युत चालकों पर समान रूप से कोई हस्तक्षेप प्रेरित होता है। संकेत प्राप्त करने वाला उपकरण दो संकेतों के बीच के अंतर की तुलना करता है (अधिकांश विद्युतीय आधार की अवहेलना के साथ) उपकरण को किसी भी प्रेरित विद्युत ध्वनि को अनदेखा करने की अनुमति देता है। कोई भी प्रेरित ध्वनि समान मात्रा में और संतुलित संकेत विद्युत चालकों में से प्रत्येक पर समान ध्रुवता में उपस्थित होगा, इसलिए दो संकेतों का एक दूसरे से अंतर अपरिवर्तित रहेगा। वांछित संकेत से प्रेरित ध्वनि की सफल अस्वीकृति संतुलित संकेत विद्युत चालकों पर समान मात्रा और हस्तक्षेप के प्रकार को प्राप्त करने पर निर्भर करती है। यह सामान्यतः संतुलित संकेत ट्रांसमिशन में उपयोग के लिए मुड़े हुए, लटके हुए, या सह-जैकेट वाले केबलों की ओर जाता है।

संतुलित और अंतर

Main article: संतुलित परिपथ

संतुलित रेखाओं की कई व्याख्याएँ सममित संकेतों (अर्थात् परिमाण में समान किन्तु विपरीत ध्रुवता के संकेतों) को मानती हैं, किन्तु इससे दो अवधारणाओं का भ्रम उत्पन्न हो सकता है- संकेत समरूपता और संतुलित रेखाएँ एक दूसरे से काफी स्वतंत्र हैं। ड्राइवर, रेखा और रिसीवर (प्रतिबाधा संतुलन) में दो विद्युत चालकों में संतुलित रेखा में आवश्यक समान प्रतिबाधा है। ये स्थितियां सुनिश्चित करती हैं कि बाहरी ध्वनि रेखा के प्रत्येक चरण को समान रूप से प्रभावित करता है और इस प्रकार एक सामान्य मोड संकेत के रूप में प्रकट होता है जिसे रिसीवर द्वारा अस्वीकार कर दिया जाता है। संतुलित ड्राइव परिपथ हैं जिनमें छोरों के बीच उत्कृष्ट सामान्य-मोड प्रतिबाधा संतुलन है किन्तु सममित संकेत प्रदान नहीं करते हैं। सममित अंतर संकेत हेडरूम की चिंता करते हैं और हस्तक्षेप अस्वीकृति के लिए आवश्यक नहीं हैं।

बलून

Main article: बलून

संतुलित और असंतुलित रेखाओं को जोड़ने के लिए बलून की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, बेलन का उपयोग रेखा स्तर ऑडियो या ई-वाहक स्तर 1 सिग्नल को समाक्षीय केबल (जो असंतुलित है) पर संतुलित श्रेणी 5 केबल के 300 फीट (91 मीटर) के माध्यम से CAT5 रन के प्रत्येक छोर पर बालन की एक जोड़ी का उपयोग करके भेजने के लिए किया जा सकता है। जैसे ही संकेत संतुलित रेखा के माध्यम से यात्रा करता है, ध्वनि प्रेरित होता है और संकेत में जुड़ जाता है। चूंकि CAT5 रेखा सावधानीपूर्वक प्रतिबाधा संतुलित है, ध्वनि दोनों विद्युत चालकों में समान (सामान्य-मोड) वोल्टेज उत्पन्न करता है। प्राप्त अंत में, बालन केवल दो विद्युत चालकों के बीच वोल्टेज के अंतर पर प्रतिक्रिया करता है, इस प्रकार रास्ते में उठाए गए ध्वनि को अस्वीकार कर देता है और मूल संकेत को बरकरार रखता है।

टेलीविजन रिसीवर के एंटीना टर्मिनलों पर आकाशवाणी आवृति बलून का एक बार सामान्य अनुप्रयोग पाया गया। सामान्यतः 300-ओम संतुलित जुड़वां सीसा एंटीना इनपुट को केवल एक केबल टीवी प्रणाली से एक बालन के माध्यम से समाक्षीय केबल से जोड़ा जा सकता है।

विशेषता प्रतिबाधा

विशेषता प्रतिबाधा $Z_{0}$ संचालन की उच्च आवृत्तियों पर संचरण रेखा का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। समानांतर 2-तार ट्रांसमिशन रेखा के लिए,

$Z_{0}={\frac {1}{\pi }}{\sqrt {\frac {\mu }{\epsilon }}}\ln \left({\frac {l}{R}}+{\sqrt {\left({\frac {l}{R}}\right)^{2}-1}}~\right),$

जहाँ $l$ तार केंद्रों के बीच की दूरी आधी है, $R$ तार त्रिज्या है और $\mu$, $\epsilon$