Vyvážená čára - Balanced line
V telekomunikacích a profesionálního zvuku , je vyvážený linka nebo vyrovnaná dvojice signál je přenosové vedení , sestávající ze dvou vodičů stejného typu, z nichž každá má stejné impedance podél své délky a stejných impedancí k zemi a na ostatních obvodů. Hlavní výhodou vyváženého formátu řádků je dobré odmítnutí šumu a rušení ve společném režimu při napájení diferenciálním zařízením, jako je transformátor nebo diferenciální zesilovač . Běžné formy vyvážené linky jsou dvouvodičové , používané pro vysokofrekvenční signály a kroucená dvojlinka , používané pro nižší frekvence. Mají být v kontrastu k nevyváženým linkám , jako je koaxiální kabel , který je navržen tak, aby měl zpětný vodič připojený k zemi , nebo obvody, jejichž zpětný vodič je ve skutečnosti uzemněn. Vyvážené a nevyvážené obvody lze propojit pomocí zařízení nazývaného balun .
Obvody, které vedou vyvážené linie, musí být samy vyvážené, aby si udržely výhody rovnováhy. Toho lze dosáhnout spojením transformátoru nebo pouhým vyvážením impedance v každém vodiči.
Linie nesoucí symetrické signály (ty se stejnou amplitudou, ale opačnou polaritou na každé noze) jsou často nesprávně označovány jako „vyvážené“, ale toto je ve skutečnosti diferenciální signalizace . Vyvážené linky a diferenciální signalizace se často používají společně, ale nejedná se o totéž. Diferenciální signalizace nevytváří vyváženou linku ani potlačení šumu ve vyvážených kabelech nevyžaduje diferenciální signalizaci.
Vysvětlení
Přenos signálu vyváženým vedením snižuje vliv šumu nebo rušení způsobeného vnějšími rozptýlenými elektrickými poli. Jakékoli externí zdroje signálu mají tendenci indukovat na lince pouze signál běžného režimu a vyvážené impedance vůči zemi minimalizují rozdílové snímání v důsledku rozptýlených elektrických polí. Vodiče jsou někdy zkroucené dohromady, aby se zajistilo, že každý vodič je stejně vystaven jakýmkoli vnějším magnetickým polím, která by mohla indukovat nežádoucí hluk.
Některé vyvážené linky mají také elektrostatické stínění, aby se snížilo množství hluku. Kabel je často zabalen do fólie, měděného drátu nebo měděného opletení. Tento štít poskytuje odolnost proti rušení RF, ale neposkytuje odolnost vůči magnetickým polím.
Některá vyvážená vedení používají k zajištění odolnosti vůči magnetickým polím čtyřžilový čtyřhranný kabel . Geometrie kabelu zajišťuje, že magnetická pole způsobí stejné rušení obou ramen vyváženého obvodu. Toto vyvážené rušení je signál běžného režimu, který lze snadno odstranit transformátorem nebo vyváženým diferenciálním přijímačem.
Vyvážená linka umožňuje diferenciálnímu přijímači snížit šum na připojení tím, že odmítne rušení běžného režimu . Vedení mají stejnou impedanci vůči zemi, takže rušivá pole nebo proudy indukují stejné napětí v obou vodičích. Protože přijímač reaguje pouze na rozdíl mezi vodiči, není ovlivněn napětím indukovaného šumu. Pokud je v nesymetrickém obvodu použito vyvážené vedení s různými impedancemi od každého vodiče k zemi, proudy indukované v oddělených vodičích způsobí různé poklesy napětí na zemi, čímž dojde k rozdílu napětí, čímž bude vedení náchylnější na hluk. Mezi příklady kroucených párů patří kabel kategorie 5 .
Ve srovnání s nevyváženými linkami snižují vyvážené linky množství hluku na vzdálenost, což umožňuje praktičtější delší vedení kabelu. Důvodem je, že elektromagnetické rušení ovlivňuje oba signály stejným způsobem. Podobnosti mezi těmito dvěma signály jsou automaticky odstraněny na konci přenosové cesty, když je jeden signál odečten od druhého.
Telefonní systémy
První aplikace pro vyvážené linky byla pro telefonní linky. Rušení, které mělo malý dopad na telegrafní systém (který je v podstatě digitální), by mohlo být pro uživatele telefonu velmi rušivé. Počáteční formát byl vzít dvě jednodrátové nevyvážené telegrafní linky a použít je jako pár. To se však ukázalo jako nedostatečné s růstem přenosu elektrické energie, který měl tendenci používat stejné trasy. Telefonní linka vedená podél elektrického vedení na mnoho mil bude mít nevyhnutelně větší rušení v jedné noze než ve druhé, protože jedna z nich bude blíže k elektrickému vedení. Tento problém byl vyřešen záměnou poloh obou nohou každých několik stovek yardů s překřížením, čímž bylo zajištěno, že obě nohy vyvolaly stejnou interferenci a umožnilo odmítnutí běžného režimu vykonávat svou práci. Jak telefonní systém rostl, začalo být výhodnější používat kabel než otevřené dráty, aby se ušetřilo místo, a také aby se zabránilo špatnému výkonu za špatného počasí. Kabelová konstrukce použitá pro vyvážené telefonní kabely byla kroucená dvojlinka ; toto se však nerozšířilo, dokud nebyly k dispozici zesilovače opakovače. U nezesílené telefonní linky zvládl kroucený pár kabel pouze maximální vzdálenost 30 km. Otevřené dráty, na druhé straně, s nižší kapacitou, byly použity na obrovské vzdálenosti - nejdelších bylo 1 500 km z New Yorku do Chicaga postavených v roce 1893. Pro zlepšení vzdálenosti dosažitelné kabelem byly použity zaváděcí cívky, ale problém byl nepřekonat, dokud se v roce 1912 nezačnou instalovat zesilovače. Vyvážené linky s kroucenými páry jsou stále široce používány pro lokální smyčky , linky, které spojují prostory každého účastníka s jejich příslušnou ústřednou .
Telefonní tratě a zejména multiplexní nosné systémy s frekvenčním dělením jsou obvykle 4vodičové obvody než 2vodičové obvody (nebo alespoň byly před rozšířením optických vláken ) a vyžadují jiný druh kabelu. Tento formát vyžaduje, aby byly vodiče uspořádány ve dvou párech, jeden pár pro vysílací (go) signál a druhý pro zpětný signál. Největším zdrojem rušení tohoto druhu přenosu je obvykle přeslech mezi samotnými okruhy go a return. Nejběžnějším formátem kabelu je hvězda , kde dvojice tvoří diagonálně protilehlé vodiče. Tato geometrie poskytuje maximální odmítnutí společného režimu mezi dvěma páry. Alternativním formátem je čtyřkolka DM (Dieselhorst-Martin), která se skládá ze dvou kroucených párů s kroucením na různých výškách.
Audio systémy
Příkladem vyvážených linek je připojení mikrofonů k mixu v profesionálních systémech. Klasicky dynamické i kondenzátorové mikrofony používaly transformátory k poskytování signálu v diferenciálním režimu. Zatímco transformátory se stále používají ve velké většině moderních dynamických mikrofonů, novější kondenzátorové mikrofony pravděpodobně používají obvody elektronických pohonů. Každá noha, bez ohledu na jakýkoli signál, by měla mít stejnou impedanci vůči zemi. K udržení vyvážených impedancí se používá párový kabel (nebo párový derivát, jako je hvězdicová čtyřkolka ) a těsné kroucení jader zajišťuje, že jakékoli rušení je společné pro oba vodiče. Za předpokladu, že přijímací konec (obvykle mixážní pult ) neruší vyvážení linky a je schopen ignorovat signály v běžném režimu (šum) a může extrahovat diferenciální signály, pak bude mít systém vynikající odolnost proti indukovanému rušení.
Typické profesionální zdroje zvuku, jako jsou mikrofony, mají třípinové konektory XLR . Jedním je uzemnění štítu nebo šasi, zatímco další dva jsou signální spoje. Tyto signální vodiče nesou dvě kopie stejného signálu, ale s opačnou polaritou. (Často se jim říká „horký“ a „studený“ a podle normy AES14-1992 (r2004) [a standardu EIA RS-297-A] kolík, který nese pozitivní signál, který je výsledkem pozitivního tlaku vzduchu na snímač bude považován za „horký“. Pin 2 byl označen jako „horký“ kolík a toto označení slouží k udržení konzistentní polarity ve zbytku systému.) Protože tyto vodiče procházejí stejnou cestou od zdroje k cíli, Předpokládá se, že jakákoli interference je indukována na obou vodičích stejně. Zařízení přijímající signály porovnává rozdíl mezi těmito dvěma signály (často bez ohledu na elektrické uzemnění), což umožňuje spotřebiči ignorovat veškerý indukovaný elektrický šum. Jakýkoli indukovaný šum by byl přítomen ve stejném množství a ve stejné polaritě na každém z vyvážených signálových vodičů, takže rozdíl mezi těmito dvěma signály od sebe by byl beze změny. Úspěšné odmítnutí indukovaného šumu z požadovaného signálu závisí částečně na vyvážených signálových vodičích, které přijímají stejné množství a typ rušení. To obvykle vede ke zkrouceným, opleteným nebo sdruženým kabelům pro použití při vyváženém přenosu signálu.
Vyvážený a diferenciální
Většina vysvětlení vyvážených čar předpokládá symetrické signály (tj. Signály stejné velikosti, ale s opačnou polaritou), ale toto je nešťastný zmatek - symetrie signálu a vyvážené čáry jsou na sobě zcela nezávislé. Zásadní ve vyvážené linii jsou přizpůsobené impedance v ovladači, lince a přijímači. Tyto podmínky zajišťují, že vnější hluk ovlivňuje každou nohu diferenciální linky stejně, a proto se jeví jako signál společného režimu, který je přijímačem odstraněn. Existuje vyvážené pohonné obvody, které mají vynikající common-mode impedanční přizpůsobení mezi „nohy“, ale to není poskytují symetrické signály. Symetrické diferenciální signály existují proto, aby se zabránilo rušení pro ostatní obvody (přeslechy) - elektromagnetická pole jsou znehodnoceny rovných a protilehlých proudů. Nejsou však nutné pro potlačení rušení z jiných obvodů.
Balunové
Převod signálu z vyváženého na nevyvážený vyžaduje balun . Například baluny lze použít k odesílání zvukových signálů na úrovni linky nebo E-nosiče úrovně 1 přes koaxiální kabel (který je nevyvážený) přes 300 stop (91 m) kabelu kategorie 5 pomocí dvojice balunů na každém konci CAT5 běh. Balun vezme nevyvážený signál a vytvoří převrácenou kopii tohoto signálu. Poté odešle tyto 2 signály přes kabel CAT5 jako vyvážený, diferenciální signál. Po příjmu na druhém konci převezme balun rozdíl dvou signálů, čímž odstraní veškerý šum zachycený po cestě a obnoví nevyvážený signál.
Kdysi běžná aplikace vysokofrekvenčního balunu byla nalezena na koncovkách antény televizního přijímače. Typicky 300 ohmový vyvážený dvojitý anténní vstup mohl být připojen pouze ke koaxiálnímu kabelu ze systému kabelové televize pomocí balunu.
Charakteristická impedance
Charakteristická impedance přenosového vedení, je důležitým parametrem u vyšších frekvencí provozu. U paralelního 2vodičového přenosového vedení
kde je polovina vzdálenosti mezi drátem center, je poloměr dráty a , jsou v tomto pořadí permeabilita a permitivita okolního prostředí. Běžně používaná aproximace, která je platná, když je rozteč vodičů mnohem větší než poloměr drátu a při absenci magnetických materiálů je
kde je relativní permitivita okolního média.
Elektrické vedení
Při přenosu elektrické energie jsou tři vodiče používané pro třífázový přenos energie označovány jako vyvážené vedení, protože okamžitý součet tří síťových napětí je nominálně nulový. Nicméně bilance v této oblasti se odkazuje na symetrii zdroje a zatížení: to nemá nic společného s impedancí bilance linky samotné smyslu významu v oblasti telekomunikací.
Pro přenos jednofázové elektrické energie používané v železničních elektrifikačních systémech se používají dva vodiče pro přenášení fázového a mimofázového napětí tak, aby bylo vedení vyvážené.
Bipolární vedení HVDC, na kterých je každý pól provozován se stejným napětím vůči zemi, jsou také vyvážené linky.