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zhuantie :
平衡式系統的定義與好處
常常聽到平衡式系統，有人說很好很好，有人說雜音會變高，又有人說有些是真平衡，有些是假平衡，而到底怎樣的系統是平衡式系統？什麼是真平衡？什麼是假平衡？在這一章我來簡單的說一下我的看法。
所謂平衡式系統，是「可以同時對正反相訊號做相同處理的系統，以抵消傳輸時所感染的共模訊號」，換言之，一個平衡式系統必需要能夠將前一級傳遞過來的雜訊抵消，另外也要能抗斥由外界感染到的雜訊，但是平衡式系統並非萬能，它所著重的地方是抵消共模訊號，也就是正反相必需同時感染到一模一樣的訊號才能抵消掉，我們可以來看一下一個數學式就可以清楚明白了。
V1 = Vcm + Vt
V2 = Vcm - Vt
V1是正向訊號，V2是反向訊號，Vcm是兩個共有的，稱為共模(Common Mode)訊號，而Vt則是在某個時間點時的訊號
由上式可以瞭解，當在某一個時間點時，正反向訊號擁有同樣的Vcm和Vt，不同之處只是Vt的相位差180度，而平衡式系統的中心概念是：將V1和V2 相減之後，可以將Vcm消除，而得到2Vt的訊號。
所以說，只要符合可以抵消共模訊號的系統，我們就可以稱之為平衡式系統，而大家常在吵什麼才是真平衡，什麼是假平衡...blahblah的，不妨可以先以這個定義來檢視一下，真正的平衡系統不見得一定要完全兩個「獨立」的放大器，若真的使用兩個完全獨立的放大器(也就是兩個放大器間完全沒有連接，各自獨立)，反而是將抵消共模訊號的任務交給下一級來處理呢。
非平衡式放大器的出路，以LS844 FET前級為例
接下來進入本文的主題(呵呵呵..前言還寫的真長)，要如何將一個非平衡輸出的前級改為平衡輸出呢？最簡單的方法就是用四個前級模組，兩個為一聲道各自放大正反向訊號，然後將抵消共模訊號的任務交給後級去處理(只要後級真的會處理了話就沒事)，再來一種方法是本文介紹的方法，不過此方法只適用於差動輸入型的放大器，這也就是為何我選擇以DZ出的LS844 FET前級的原因，一來LS844是標準差動輸入式前級，二來拜LS844超精密配對所賜，在差動級可以漂亮地抵消掉共模訊號，CMRR很高，嗯，不廢話了，直接來看個電路圖！
上圖是一個非常典型的儀表放大器(instrumentation amp.)，電路簡單到沒有什麼怪東西在上面，就是兩個典型的非反向放大器所構成，在正反向輸出的放大率為：
嗯？這公式是怎麼來的？剛剛被朋友問了這個問題，所以畫了下面幾個圖囉嗦一下，搞點數學填頁面。
上圖各結點的分析，首先先算一下兩個放大器的反向輸入點的電壓是多少？答案很簡單，就是原本非反向輸入的訊號，為什麼勒？看一下一個基本放大率計算的公式就知道了：
，這邊的G就是放大器在開環路(open loop)時的增益，也就是放大器本身原始的增益，而開環路增益很大，所以也就會使得這個的數學式變成：
，也就是說，一端輸入一個訊號會迫使另外端出現一樣的電壓(在無外力干預的情況)，藉由這樣的特性我們可以得知，跨接 Rc上的電位會是V1 - V2，所以流過Rc的電流是 
。
那再來看一下I1和I2是多少？以LS844前級來說，反向輸入端遇到的是FET，FET 的輸入阻抗接近無限大，所以幾乎沒有電流會流到反向輸入端，所以流過I1和I2的電流會等於流過Rc的電流，此時式子就算出來啦，整理如下。
V1 = - V2
Vrl1 = V1 + I1Rfb1
Vrl2 = V2 - I2Rfb2
這樣我們可以知道一件事，在平衡輸入下，只要Rfb1 = Rfb2，就可以得到相同的增益！
以上是以平衡式輸入做為考量，得出了「只要Rfb1 = Rfb2，就可以得到相同的增益」的結論，可是若是非平衡式輸入時事情就變的不一樣了，請看下圖的非平衡式輸入的電路示意圖。
由上圖可看到原本反向輸入的訊號變成接地，也就是說下面的放大器此時變成反相放大模式，所以此時正反相的增異就變成：
也就是說，此時若要讓正反向的增益相同，那必需滿足Rfb2 = Rfb1 + Rc才行，所以說若我們希望這個放大器能同時接收平衡和不平衡輸入了話，我們必需加上一個切換開關，來切換反向放大的迴授電阻的阻值才行，這點是製作上需要比較注意的地方。
正式邁向平衡之旅 ─ 實際修改電路篇
搞完理論，來講一下如何實作，先來看一下LS844的電路方塊圖：
上圖是LS844設在11倍放大時的預設設定，其中R8,R9,R17構成一個負迴授的機制，公式是：
那今天要接成平衡輸出則一聲道要兩片LS844，分為兩種情況，一種是平衡輸入，平衡/不平衡輸出，一種是不平衡輸入，平衡/不平衡輸出，先來看一下平衡輸入的電路圖
以上的接法很簡單，只需要多一個1K的Rc電阻，然後LS844的R17不接，R8接4.7K電阻，R9短路，而Rc電阻的兩端分別接在原本R8,R17交接處即可，從頭到尾只需要多加一顆1K的電阻即可，讓我們來算一下此時的增益是多少：
這樣的增益和原來的11倍差不多。
再來，還看一下不平衡輸入時的電路圖
不平衡輸入時正反相增益會變動，而上面一章談到要在Rfb2 = Rc + Rfb1，也就是 Rfb2要等於1k + 4.7k = 5.7k 時兩邊增益才會相等，這時反相放大的PCB中的R9就發揮功用了，此時可以把R9接上1K電阻，其餘與平衡輸入時相同，一聲道也只需要多加兩根1K電阻(Rc和R9)即可。
此時的增益是多少呢？以剛導出來的公式來算：
兩邊增益皆為5.7倍，大概是15dB左右。
文末贅言
照例，在文章的最後總是要寫一些廢話的，嗯，先來說一下本篇文章中耍的詭詐(反正我是寫高興的)，在實際修改部份，我仍然使用Rfb1、Rfb2這樣的表示法而不直接標上 R8、R9，其實是故意的，因為我希望看到此篇後感興趣也想弄一台玩玩的朋友可以花點時間去看ls844本身的電路圖，從中瞭解迴授點在哪？反向輸入點又在哪？哪邊是差動輸入級的反向/非反向輸入點？當電路圖看多了後，就可以很快的將電路切割成許多不同功用的方塊，進而學習揣摩各種電路。
而我認為，單單只是靠網路上的零散資料，並不能有系統的學習電子電路，許多基本的東西還是得硬著頭皮唸教科書才行，網路上的資料文件多數都是以小範圍的題目來寫作，只閱讀這些往往容易失之偏頗，我自己也還在努力唸書，越唸越覺得自己對電子學實在了解太少，呵呵，像Steve Sun兄推薦的幾本書我都還沒開始翻呢，哎哎，待讀書單越來越多了...
