Több unbalanced/balanced konverter szimulációja

Az előző bejegyzésem konvertere sem rossz, kíváncsi voltam milyenek az alternatívák, van-e olyan ami jelentősen jobb (vagy rosszabb) ennél. Begyűjtöttem ezért pár egyéb unbalanced/balanced konvertert, pár közülük csak kiindulási alapnak jó, ki kell őket egészíteni pár dologgal, és nem egyet be kell állítani hogy az erősítőse 1x-es legyen.

1.
Ez egy egyszerű(bb) verzió, nagyon hasonlít az előzőre, de nincsenek benne csatoló kondenzátorok, emiatt az AC analízisnél nincs fázisfordítás (a szimulációban). A szimulációja szerint ennek a legpontosabb a fázisa, majdnem 0 illetve 180 fok végig, de ennek nem kell bedőlni, a megelőző és az elkövetkező fokozatok ezt mindenképpen befolyásolják. A korábban szimulált kapcsolás kimenetei stabilan egyformák voltak, itt van némi eltérés ami roppant kellemetlen lehet mert nem azonos a két fázis, bár kétségtelen hogy ez beállítható egyformára, de az alkatrészek pontatlanságai ezt leronthatják:


Az igen meggyőző AC analízis, de ha raknánk kondenzátorokat oda ahová kell, ez sokat változna:


2.
Az egyszerű után egy meglehetősen bonyolult kapcsolást szimuláltam. Beletelt egy kis időbe amíg átláttam mi mit csinál és hogyan működik. Gondoltam hogy lesznek vele gondok, és valóban. Egyrészt van valamekkora (kb 4x-es) erősítése, ami fölösleges, de ez megoldható. Viszont a két fázis amplitúdója sem egyforma, ami az erősítés csökkentésével vagy aszimmetrikusra álíltásával bizonyára javulna. Nem hiszek az egyszerű dolgok felsőbbrendűségében, de ez a kapcsolás nem az igazi, amellett hogy a legbonyolultabb:


A fenti áramkör AC analízise:


3.
Ismét egy "legegyszerűbb" megoldás, ami elsőre jónak tűnik, de nincsenek benne kapacitások, így a szimuláció csak elvi eredményt ad, mert azokat úgysem lehet kihagyni. A legelső megoldáshoz képest még kevesebb alkatrészből épül fel, ez az alapja az általam használt konverternek is. Ennyire leegyszerűsítve bár az AC analízis meggyőző, a valós idejű mérésnél a kimenetek amplitúdója nem a legstabilabb volt:


A meggyőző AC analízis, amit a szükséges további alkatrészek úgyis lerontanak:


4.
Az eddigi példákban vagy teljes volt negatív visszacsatolás és akkor mindegy, vagy ha volt ellenállás akkor a bemenetről kapta a fordítandó jelet az inverter rész. Itt van negatív visszacsatolás, és az inverter a kimenetről kapja a jelet. Elég stabil, és az AC analízis is jó ezekkel az értékekkel:


AC analízis:


5.
A végére egy érdekesebb kapcsolást hagytam, több változatban. Maga a kapcsolás bővíthető és bonyolítható, a szimuláció szerint majdnem egyforma végeredményre jutunk, de kéne kísérletezni mi a legjobb megoldás. Ez a kapcsolás részben hasonlít az előzőekre, de vannak benne olyan visszacsatolások amik eddig nem voltak, és a fázis is ingadozik, de stabilan nagyjából 180 fok a különbség a két jel között.

A legegyszerűbb verzió. A legelején van egy fázisfordító ami két azonos erősítőn keresztül kerül a kimenetre:


Az AC analízise, ahol hullámzik ugyan a fázis, de szépen együtt fut:


A fenti első "bonyolítása" egy visszacsatolás a negatív ághoz, amellyel be lehet állítani pontosan annak amplitúdóját (R15 ellenállással):


Bár túl sok jelentősége a szimuláció szempontjából nincs, a visszacsatolás és a kimenetek közé még be lehet tenni egy negatívan visszacsatolt erősítőt, ami a további fokozatok függvényében lehet hasznos:


Ennek AC analízise már több pontatlanságot mutat, de csak az igen magas tartományban:


Ennek a mintának az egyik jellegzetessége hogy elég nagyot erősít, amire általában nincs szükség ha nem végfok meghajtására használjuk hanem mikrofon előfok vagy fejhallgató erősítő a cél, ahol a chip maga tudja fogadni a balanced kimenetet. A bemeneti jel minden esetben 707mV, ez pedig a kimeneten 11V körül van, aminek semmi értelme ebben az esetben. A bemeneti fokozatok negatív visszacsatolása és a - bemenetek földre kapcsolt ellenállásaival lehet ezen változtatni, az R4/R5 és az R9/R11 ellenállásokkal lehet a kimeneti szintet szabályozni. Az R15 ekkor átállítandó, de úgy vettem észre nem kritikus nagyon az értéke, 470kOhm és 1MOhm között jó megoldásokat lehet találni a pontos beállításra:


Az AC analízis ami kismértékben de változott az előző verziókhoz képest:


Felmerül a kérdés, hogyha szükség van unbalanced/balanced konverterre, a szimulációk alapján melyik lehet a legjobb megoldás. A legegyszerűbb verziók meggyőzőek, de olyan ideális működés amiben van 3 alkatrész lényegében nincs, ezek csak továbbgondolandó elvi kapcsolások. A kapacitások már meg fogják változtatni a fázist és a frekvenciamenetet, esetleg számíthatunk arra hogy az eredeti és az invertált jel nem fut együtt, például ha az eredeti jel közvetlenül megy a kimenetre, az inverter pedig frekvenciafüggő visszacsatolásokat tartalmaz (ilyen az általam használt verzió is). Azon kívül érdemes a frekvenciamenetet is maximálni pár 100kHz-en, ez is hatással van a fázisra. Külön el kell gondolkozni azon, hogy a két fázis frekvenciamenetét kell-e együtt szabályozni, mert ha igen, valamiféle szimmetrikus megoldást kell találni. erre az esetre mégsem olyan rossz az 5. mintám, mert azon eléggé együtt fut a két frekvenciamenet. Talán egy nagyobb rendszer belsejében van esély arra hogy a legegyszerűbb kapcsolásokat kiegészítések nélkül használjuk, de ekkor az egész rendszer analízisére lenne szükség.

Érdemes úgy beállítani az áramköröket, hogy ne ezek erősítsenek. A szimulációnál a bemeneti jel 707mV, ahol a kimeneten ennél többet mutat a szoftveres műszer azt érdemes átgondolni.

A 2. megoldás nekem semmiképp sem tetszik, elvileg lehet hogy jó, de hol van az az ideális környezet ahol ez megfelelően működik?

Az 5. verziós áramkörök rugalmasan bővíthetőek, az egész egyszerűt még ki lehet egészíteni 3 erősítővel is ha úgy jobb. Nem tudom mi előnye vagy hátránya van a többi megoldással szemben, mindenesetre szimmetrikus, és egyszerűen állítható a két fázis szinkronja az R15-ös ellenállásal amit trimmer potméter is lehet. Az is igaz, a többi megoldásnál erre nincs szükség mert eleve rendben vannak. Az 5. verzió előnye, hogy a két fázis frekvenciamenet szempontjából szimmetrikus lehet ha kell, míg a többinél a fázisfordítón van valamiféle kapacitív negatív visszacsatolás, míg az eredeti jelen nincs, így annak frekvenciamenete (és fázisa) a korábbi fokozatoktól függ. Ez szerintem nem akkora baj, hiszen a konvertert vagy megelőzi valamiféle fokozat, vagy az unbalanced bemeneti jel úgysem tarthat a végtelenségig (mikrofon, hangkártya, effekt, CD, stb....).

Nekem leginkább az a megoldás tetszik, amelyikről az előző postban írtam. Viszonylag egyszerű, nem erősít fölöslegesen, rendkívül stabilan egyforma a két fázis amplitúdója zűrös alkatrészek nélkül is. egyetlen kérdés, hogy a nem invertált jel frekvencia menetét kell-e vágni ott ahol az invertált jelé vágva van.