Qucs(18)-오디오용 불평형 입력-평형 출력 회로

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오디오용 신호의 변형

앞글에서 연급 한 것과 같이 오디오용 신호는 평형 신호(balalnced signal)와 불평형 신호(unbalanced signal)가 있습니다. 

이번 글에서는 오디오 장치의 내부에서 사용하는 불평형 신호를 오디오 장치의 전송 신호로 사용하는 평형 신호로 변환하는 몇 가지 회로를 소개하겠습니다.

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간단한 불평형-평형 신호 변환 회로

먼저 Qucs의 설치와 기본적인 사용 방법은 아래 내용을 참조하시면 됩니다.

https://medialink.tistory.com/111
https://medialink.tistory.com/112?category=959576
https://medialink.tistory.com/113?category=959576

 아래 회로는 전압 플로어와 반전 회로를 이용해서 불평형 신호를 평형 신호로 출력합니다. 두 오피 앰프의 이득은 1이고 위상만 반전됩니다. 만약 이들을 조정하고 싶다면 V3에 비반전 증폭기를 하나 추가해서 이득을 조정합니다. 이때 출력 신호의 위상은 반전되기 때문에 출력 포트의 이름을 바꿔서 사용하면 됩니다. 

다음은 입력 신호와 출력 신호 결과입니다. 입력의 불평형 신호에 대해 출력은 평형 신호입니다.

주파수 특성은 가청 대역에서 평탄합니다. 

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차동 증폭기를 이용한 불평형-평형 신호 변환 회로

아래의 회로는 위의 회로에서 전압 플로어를 차동 증폭기로 변경해서 구현 회로입니다. 위의 회로와 같이 주파수 특성 또한 평탄합니다. 

 

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전류 모드형 불평형-평형 신호 변환 회로 

아래의 회로는 두 개의 오피 앰프를 사용해서 평형 신호를 출력하는 회로로 구현 방식에 의해 전류 모드형이라고 합니다. 이 회로가 가장 일반적으로 사용하는 반환 회로입니다. 아래 회로에는 입출력에 필터를 추가해서 안정성을 높였습니다. 주파수 출력 특성 또한 평탄합니다. 

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두 개의 반전 증폭기를 이용한 평형 신호 출력

 위의 회로에서 두 개의 오피 앰프를 모두 반전 증폭기로 구현해 보겠습니다. OpAmp3가 입력 신호를 반전해서 역위상으로 출력하고, 다시 OpAmp2가 이를 다시 반전해서 정위상으로 출력하는 회로입니다. 

이 회로에서 R22의 값을 조정하면 출력 이득을 조정할 수 있습니다.  그런데 R22를 잘못 조정하면 무한대로 조정할 수 있기 때문에 다음과 같이 회로를 수정해서 사용합니다.

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볼륨 조정이 가능한 평형 신호 출력 회로

위의 회로에서 R22 이전에 전압 플로어(Voltage follower)와 포텐셔미터(Potentiometer)를 이용해서 $-\infty dB$ ~  $0dB$까지 이득 조정이 가능한 회로를 구현합니다. 이런 이득 조정을 볼륨(Volume)이라고 부릅니다.

전압 플로어는 포텐셔미터의 임피던스 변화가 뒤의 불형형에서 평형 신호로 변환하는 오피 앰프에 영향을 미치지 않도록 보호하는 역할을 합니다. 

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트랜스를 사용한 불평형-평형 신호 변환 회로 

아주 고전적인 방식이지만 트랜스에 의해 출력 회로와 외부 장치가 전기적으로 절연되는 효과가 있어서 안정적입니다. 다만 트랜스의 영향으로 위상에 변화가 있으며, 트랜스가 신호를 감소시키는 영형을 주며, 또 트랜스의 고유 잡음에 의한 영향이 있습니다. 그럼에도 이 회로는 매우 간단하게 구현이 가능한 장점도 있습니다. 만약 증폭을 원한다면 아래 회로에 사용된 전압 플로어 회로를 비반전 증폭기로 변경하면 됩니다. 

아래 그림을 보면 불평형 입력 신호와 평형 출력 사이에 위상차가 발생함을 알 수 있습니다.

주파수 출력 특성을 보면 낮은 주파에서 왜곡이 있습니다. 사용하기 좀 곤란하네요.  

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참조 :

https://sound-au.com/articles/balanced-2.htm 
https://www.learningelectronics.net/circuits/balanced-unbalanced-converter-for-audio.html

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