>> 5월. 밸런(2)
> 들어가며..
5월 칼지의 내용은 전송선트랜스의 의미. 전류형 밸런, 전압형 밸런, 밸런의 종류, 밸런과 관련 있는 용어, 단위를 그리고 밸런 감는 법을 알아보았다. 이번 보충편에서는 밸런에 대해 꼭 이해해야 할 사항을 아래와 같이 다시 한번 더 정리하며 알아보자. 이 사항은 적어도 밸런을 알려면 이 정도는 꼭 이해해야 할 것이다. 전류형 또는 전압형의 설명은 여러번 언급했으며, 제작편에서 보충 설명하기로 하고 여기서는 생략하자. 다시 한번 언급하지만 밸런을 이론적 배경 없이 만들어, 적용하게 되면, 적용에서 애로가 생기고, 혼란하게 되고, 별 신통한 효과가 없다고 어림짐작, 밸런 그 자체를 포기하고 I(Interference)가 있는 상태로 운용하게 된다. 공감 할 거다.
(1). 전송선트랜스(TLTs)의 이해.
(2). 격리(Isolation)란 무엇을 말하는가.
(3). RFC와의 차이.
(4). 일반 코일, 또는 트랜스 감는 법과의 차이.
1). 전송선트랜스
- 밸런을 전송선트랜스(TLTs)라고 하는 이유
전송선트랜스에서의 전송선은 잘 아시는 바와 같이 우리가 자주 쓰는 동축케이블(Coaxial cable), 평행피이더(T.V용 안테나선)등의 넓은 주파수범위에 걸쳐 손실이 적은 도선을 전송선이라 한다. 즉 고주파전류의 신호를 전송하는 선로이다. 새삼스러울 게 없다. 그러나 이 전송선들이 트랜스로서의 역할(동작)을 할 때 전송선트랜스라 한다. λ/4 길이의 전송선은 아주 특이한 특별한 성질이 있다. 여러 번 설명하였지만, λ/4 길이의 전송선은 병렬공진회로로 작용하며, 병렬공진회로는 임피던스가 무한대가 된다. 두 가닥의 선이 상호유도작용에 의해 역상, 동상의 신호를 갖는 트랜스처럼 작동한다. 결론적인 성명은 λ/4의 전송선의 입력에 신호를 가하면 일반트랜스처럼(트랜스덩어리/Block처럼?) 위상이 그대로, 또는 반전된 신호가 출력에 임의로 나타나게 할 수 있는 성질이 있다. 이러한 작동원리가 “동상의 신호는 아주 높은 상태의 임피던스를 갖고 차동성분은 아주 낮은 임피던스를 갖는다. 우리가 원하는 상태는 차동성분의 전달이다” 다시 말해 바로 이런 성질이 λ/4 길이의 전송선이 속선과 바깥선, 또는 평행한 두선사이에 일반트랜스의 권선과 같은 역할은 한다. 그러나 동작은 일반트랜스와 전혀 다른 동작을 한다는 말이다. 밸런도 역시 2개의 도선을 코아에 감아 전송선트랜스의 동작과 같이 코일 상호간의 상호유도 작용에 의해, 동상신호에 높은 임피던스가 되고 차동신호에 낮은 임피던스가 되는 전송선트랜스로 동작한다. 밸런도 역시 전송선트랜스라 한다. 3월의 원고의 <그림4>에 밸런의 기호가 일반트랜스와 약간 다른 기호인 점, 즉 극성(감극, 가극)의 표시는 이런 성질이 일반트랜스와 달라 구별하기 위함이다. 밸런이 전송선과 안테나사이에 존재하며 전송선의 일부이며 트랜스로의 역할을 한다. 밸런은 집중정수로 높은 임피던스를 인덕터에 의하여 얻는 경우이다. 여기서 코어는 본질적으로 전력 전달보다 전송선로를 로딩(Loading/길이를 줄이는 일)하는 역할만을 한다. 아주 쉬운 설명은 가는 신호와 오는 신호(차동신호)가 위상이 서로 바뀐 신호이며, 아주 낮은 임피던스를 가지고 그 외의 신호는 아주 높은 임피던스가 되어, 불평형 전류가 생성되어 외피를 통하여 흐를 수가 없는 상태를 만든다. 여기서의 높은, 또는 낮은 임피던스의 의미는 “높다”의 의미는 통과가 “어렵다”, 이고 “낮다”는 통과가 “쉽다” 이다. 다른 중복 설명은 생략한다.
- 특별히 원고의 이 부분을 상기하면 좋겠다. “... 재료의 주파수 특성에 의존하지 않아도 TLTs는 상당히 광대역에 걸쳐서 평탄한 주파수 특성을 갖는다. 이러한 이유로 TLTs에서의 주파수 특성 내지 임피던스를 논하는 건 별의미가 없다. 특히 메이커의 카다로그에 임피던스가 50옴, 정재파비가 얼마 하는 건 무의미하다....”
2). 격리(Isolation)란 무엇을 말하는가?
전송선트랜스(TLTs)의 설명에서 동상, 차동이란 말을 어렵게 생각할 것 없이, 3월 원고의 <그림4>와 같은 <그림>을 보자.
<그림> 전류형 밸런
<그림>에서 V1과 V2의 전압은 차동전압이다. 입력 Vi에 대한 출력, 즉 두 전압은 동상이 아니고 역상의 차동전압이다. 양쪽 코일에 흐르는 전류는 V1/R1=I1=I2=V2/R2로 똑 같은 양의 전류가 흐른다. 즉 호스로 연결하여 들어간 물이 나오는 물과 똑 같아, 중간에서 새거나 유입되는 일이 없이 들어간 양과 나오는 양이 같다. 이 말은 통과하는 전류의 양이 변할 수가 없어 표피효과에 의한 불평형 전류가 거의 흐를 수가 없다는 말로, 결과적으로 표피효과에 의한 불평형전류가 최대로 억제된다는 말이고, 이를 전송선트랜스에서 동상성분과 차동성분의 평가로 입력전력 P1, 출력전력 P2에서의 전력의 전달효율, 즉 아이솔레이션(Isolation)으로 표현하며 6db/oct[dB]의 주파수 특성을 가지고 있다. 참고로 전달효율은 ISO=10logP1/P2[dB]이며, 적지만 접지 임피던스의 영향으로, 동상성분이 전달효율을 저하 시키는 원인이 되기도 한다. 쉬운 표현으로 동상성분과 차동성분의 비율이라고 표현해도 좋을 거 같다. 결론은 Isolation이 좋을 수 록 좋고, Isolation이 좋으면 불필요한 Interference가 적다.
3). RFC와의 차이.
RFC는 한마디로 교류신호에서의 저항이다. 교류신호를 통과시키지 않기 위해 사용하므로 인덕턴스가 충분히 크면 된다. 그 이상도 이하도 아니다. 왜 여기서 RFC와의 차이를 논하는가하면, 가끔 밸런의 효과를 그냥 단순히 전류의 억제(Chocking)로, 평가 절하하는 글도 있다. 그리고 심지어 밸런을 RFC로 표현하는 경우도 있다. 밸런은 앞서의 많은 설명으로, 충분히 일반 쵸크코일과는 전혀 다른 동작, 이론적으로도 완전히 다른, 별개의 부품이다. 다만 동작의 설명에서 “밸런의 동작은 표피효과에 의한 누설전류를 막아주는 전류억제의 동작(Chocking)을 한다.”고 표현할 때에 잠시 RFC같은 역할론 일 뿐이다. 다시 말해 RFC와 밸런의 Chocking은 다르다. 같이 공부한 우리는 이러한 오류를 범하지 말자.
4). 일반 코일, 또는 트랜스 감는 법과의 차이.
일반적인 코일이나 트랜스는 감는 법은 그냥 촘촘히 감으면 된다. 그러나 밸런은 이중선( Bifilar), 삼중선(Trifilar), 사중선(Quadrifilar), 오중선(Quintufilar)으로 감는다. <사진>은 삼중선, 이중선의 같은 토로이덜 코어에 그리고 로드형의 코어에 밸런과 언언의 일반감이와의 비교이다. 아래쪽 세 가지는 일반트랜스처럼 감은 틀린 방법의 사진이고 위쪽 세 가지는 이론에 의한 오리지널방법의 사진이다. Jerry Sevick의 논문에 의하면 아직도 이러한 설명을 이해하려는 노력 없이, 일반트랜스에서의 코어의 상호인덕턴스에 의존하는 것으로 이해하는 분들도 있다고 말하고 있다. 필자의 생각은 낮은 주파수(상용주파수/60Hz)에서는 별 차이가 없겠으나 높은 주파수 뿐 만 아니라, 아주 높은 주파수에서는 현저한 차이를 보일 것이다.
<사진> 감는 방법의 비교
5). 기타.
최근에 인터넷에서 아미돈사, CWS사를 가보신분은 다들 옛날 같지 않음을 느끼실 줄 안다. 재고도 줄고 품목도 줄고 좀 썰렁한 느낌이 있다. 필자 생각에 아마추어무선에 사용할 밸런의 부품들의 재고가 줄어도 생산해주는 업체가 없는듯하다. 반면 국내에 있는 (주)코아전자의 부품을 구하여 실험한 결과 아미돈사나 CWS사의 것과 차이가 거의 없었다. 다음 원고에 직접 사용 제작하여 보자.
다음으로 관심이 있는 분들은 밸런 재료의 분류법에 대해 의문을 품어 보았을 거다. 근거가 있는 과학적인 분류법인가, 화학적, 물리적, 또는 조성을 바탕으로, 아니면 무슨 다른 법칙이 있는지 등, 그러나 필자는 어떤 설명도 못 찾았다. 일설은 아미돈사의 초기 기술자들이 분류한 방법이란다. 필자의 생각은 분류법, 또는 명명법이 표준화가 되지 못하는 이유는 완전히 상업적인 이유 같다. 코어의 조성이 완전히 공개되면 메이커의 영업 비밀이 누설되어 기대를 하기 곤란할 거 같다 . 마치 음식점의 맛의 비결이 비공개되는 것처럼 영원한 숙제인 듯하다. 필자의 방법대로 실제 실험으로 체험하여 사용 여부를 결정하는 외에는 방법이 없을 거 같다. 자료 검색을 하다 보면 어디선가 본 자료가 많다. 자료가 돌고 돈다. 특히 국내 보다 외국의 자료가가 더 모방적(?)이였다.
국내에는 많은 클럽들이 있는 줄 안다. 각 클럽을 중심으로 기술 고취 차원에서 DIY(실제 자작 체험)해보는 것도 좋을 것 같다. 졍크 시장의 DS4OVT 유지홍 OM님이 키트로 판매하실 의향을 필자에게 전하였다. 영업적인 차원을 떠나 국내 아마추어에게 밸런과 언언을 접해 볼 수 있는 좋은 기회로 이해하자. 제작방법은 연구를 통하여 좋은 방법들을 개발하도록 하고, OVT오엠님도 재료 발굴에 신경 쓰셔 서로 서로 도우면 좋을 것 같다. 다음 편에는 실제 제작을 해보도록 하자.
* 글 중의 첨자의 표현이 좀 어색하게 됨을 양해바란다. 워드프로세서가 서로 달라 원고가 움직이면 첨자가 사라져 애로가 있다.
> 들어가며..
5월 칼지의 내용은 전송선트랜스의 의미. 전류형 밸런, 전압형 밸런, 밸런의 종류, 밸런과 관련 있는 용어, 단위를 그리고 밸런 감는 법을 알아보았다. 이번 보충편에서는 밸런에 대해 꼭 이해해야 할 사항을 아래와 같이 다시 한번 더 정리하며 알아보자. 이 사항은 적어도 밸런을 알려면 이 정도는 꼭 이해해야 할 것이다. 전류형 또는 전압형의 설명은 여러번 언급했으며, 제작편에서 보충 설명하기로 하고 여기서는 생략하자. 다시 한번 언급하지만 밸런을 이론적 배경 없이 만들어, 적용하게 되면, 적용에서 애로가 생기고, 혼란하게 되고, 별 신통한 효과가 없다고 어림짐작, 밸런 그 자체를 포기하고 I(Interference)가 있는 상태로 운용하게 된다. 공감 할 거다.
(1). 전송선트랜스(TLTs)의 이해.
(2). 격리(Isolation)란 무엇을 말하는가.
(3). RFC와의 차이.
(4). 일반 코일, 또는 트랜스 감는 법과의 차이.
1). 전송선트랜스
- 밸런을 전송선트랜스(TLTs)라고 하는 이유
전송선트랜스에서의 전송선은 잘 아시는 바와 같이 우리가 자주 쓰는 동축케이블(Coaxial cable), 평행피이더(T.V용 안테나선)등의 넓은 주파수범위에 걸쳐 손실이 적은 도선을 전송선이라 한다. 즉 고주파전류의 신호를 전송하는 선로이다. 새삼스러울 게 없다. 그러나 이 전송선들이 트랜스로서의 역할(동작)을 할 때 전송선트랜스라 한다. λ/4 길이의 전송선은 아주 특이한 특별한 성질이 있다. 여러 번 설명하였지만, λ/4 길이의 전송선은 병렬공진회로로 작용하며, 병렬공진회로는 임피던스가 무한대가 된다. 두 가닥의 선이 상호유도작용에 의해 역상, 동상의 신호를 갖는 트랜스처럼 작동한다. 결론적인 성명은 λ/4의 전송선의 입력에 신호를 가하면 일반트랜스처럼(트랜스덩어리/Block처럼?) 위상이 그대로, 또는 반전된 신호가 출력에 임의로 나타나게 할 수 있는 성질이 있다. 이러한 작동원리가 “동상의 신호는 아주 높은 상태의 임피던스를 갖고 차동성분은 아주 낮은 임피던스를 갖는다. 우리가 원하는 상태는 차동성분의 전달이다” 다시 말해 바로 이런 성질이 λ/4 길이의 전송선이 속선과 바깥선, 또는 평행한 두선사이에 일반트랜스의 권선과 같은 역할은 한다. 그러나 동작은 일반트랜스와 전혀 다른 동작을 한다는 말이다. 밸런도 역시 2개의 도선을 코아에 감아 전송선트랜스의 동작과 같이 코일 상호간의 상호유도 작용에 의해, 동상신호에 높은 임피던스가 되고 차동신호에 낮은 임피던스가 되는 전송선트랜스로 동작한다. 밸런도 역시 전송선트랜스라 한다. 3월의 원고의 <그림4>에 밸런의 기호가 일반트랜스와 약간 다른 기호인 점, 즉 극성(감극, 가극)의 표시는 이런 성질이 일반트랜스와 달라 구별하기 위함이다. 밸런이 전송선과 안테나사이에 존재하며 전송선의 일부이며 트랜스로의 역할을 한다. 밸런은 집중정수로 높은 임피던스를 인덕터에 의하여 얻는 경우이다. 여기서 코어는 본질적으로 전력 전달보다 전송선로를 로딩(Loading/길이를 줄이는 일)하는 역할만을 한다. 아주 쉬운 설명은 가는 신호와 오는 신호(차동신호)가 위상이 서로 바뀐 신호이며, 아주 낮은 임피던스를 가지고 그 외의 신호는 아주 높은 임피던스가 되어, 불평형 전류가 생성되어 외피를 통하여 흐를 수가 없는 상태를 만든다. 여기서의 높은, 또는 낮은 임피던스의 의미는 “높다”의 의미는 통과가 “어렵다”, 이고 “낮다”는 통과가 “쉽다” 이다. 다른 중복 설명은 생략한다.
- 특별히 원고의 이 부분을 상기하면 좋겠다. “... 재료의 주파수 특성에 의존하지 않아도 TLTs는 상당히 광대역에 걸쳐서 평탄한 주파수 특성을 갖는다. 이러한 이유로 TLTs에서의 주파수 특성 내지 임피던스를 논하는 건 별의미가 없다. 특히 메이커의 카다로그에 임피던스가 50옴, 정재파비가 얼마 하는 건 무의미하다....”
2). 격리(Isolation)란 무엇을 말하는가?
전송선트랜스(TLTs)의 설명에서 동상, 차동이란 말을 어렵게 생각할 것 없이, 3월 원고의 <그림4>와 같은 <그림>을 보자.
<그림> 전류형 밸런
<그림>에서 V1과 V2의 전압은 차동전압이다. 입력 Vi에 대한 출력, 즉 두 전압은 동상이 아니고 역상의 차동전압이다. 양쪽 코일에 흐르는 전류는 V1/R1=I1=I2=V2/R2로 똑 같은 양의 전류가 흐른다. 즉 호스로 연결하여 들어간 물이 나오는 물과 똑 같아, 중간에서 새거나 유입되는 일이 없이 들어간 양과 나오는 양이 같다. 이 말은 통과하는 전류의 양이 변할 수가 없어 표피효과에 의한 불평형 전류가 거의 흐를 수가 없다는 말로, 결과적으로 표피효과에 의한 불평형전류가 최대로 억제된다는 말이고, 이를 전송선트랜스에서 동상성분과 차동성분의 평가로 입력전력 P1, 출력전력 P2에서의 전력의 전달효율, 즉 아이솔레이션(Isolation)으로 표현하며 6db/oct[dB]의 주파수 특성을 가지고 있다. 참고로 전달효율은 ISO=10logP1/P2[dB]이며, 적지만 접지 임피던스의 영향으로, 동상성분이 전달효율을 저하 시키는 원인이 되기도 한다. 쉬운 표현으로 동상성분과 차동성분의 비율이라고 표현해도 좋을 거 같다. 결론은 Isolation이 좋을 수 록 좋고, Isolation이 좋으면 불필요한 Interference가 적다.
3). RFC와의 차이.
RFC는 한마디로 교류신호에서의 저항이다. 교류신호를 통과시키지 않기 위해 사용하므로 인덕턴스가 충분히 크면 된다. 그 이상도 이하도 아니다. 왜 여기서 RFC와의 차이를 논하는가하면, 가끔 밸런의 효과를 그냥 단순히 전류의 억제(Chocking)로, 평가 절하하는 글도 있다. 그리고 심지어 밸런을 RFC로 표현하는 경우도 있다. 밸런은 앞서의 많은 설명으로, 충분히 일반 쵸크코일과는 전혀 다른 동작, 이론적으로도 완전히 다른, 별개의 부품이다. 다만 동작의 설명에서 “밸런의 동작은 표피효과에 의한 누설전류를 막아주는 전류억제의 동작(Chocking)을 한다.”고 표현할 때에 잠시 RFC같은 역할론 일 뿐이다. 다시 말해 RFC와 밸런의 Chocking은 다르다. 같이 공부한 우리는 이러한 오류를 범하지 말자.
4). 일반 코일, 또는 트랜스 감는 법과의 차이.
일반적인 코일이나 트랜스는 감는 법은 그냥 촘촘히 감으면 된다. 그러나 밸런은 이중선( Bifilar), 삼중선(Trifilar), 사중선(Quadrifilar), 오중선(Quintufilar)으로 감는다. <사진>은 삼중선, 이중선의 같은 토로이덜 코어에 그리고 로드형의 코어에 밸런과 언언의 일반감이와의 비교이다. 아래쪽 세 가지는 일반트랜스처럼 감은 틀린 방법의 사진이고 위쪽 세 가지는 이론에 의한 오리지널방법의 사진이다. Jerry Sevick의 논문에 의하면 아직도 이러한 설명을 이해하려는 노력 없이, 일반트랜스에서의 코어의 상호인덕턴스에 의존하는 것으로 이해하는 분들도 있다고 말하고 있다. 필자의 생각은 낮은 주파수(상용주파수/60Hz)에서는 별 차이가 없겠으나 높은 주파수 뿐 만 아니라, 아주 높은 주파수에서는 현저한 차이를 보일 것이다.
<사진> 감는 방법의 비교
5). 기타.
최근에 인터넷에서 아미돈사, CWS사를 가보신분은 다들 옛날 같지 않음을 느끼실 줄 안다. 재고도 줄고 품목도 줄고 좀 썰렁한 느낌이 있다. 필자 생각에 아마추어무선에 사용할 밸런의 부품들의 재고가 줄어도 생산해주는 업체가 없는듯하다. 반면 국내에 있는 (주)코아전자의 부품을 구하여 실험한 결과 아미돈사나 CWS사의 것과 차이가 거의 없었다. 다음 원고에 직접 사용 제작하여 보자.
다음으로 관심이 있는 분들은 밸런 재료의 분류법에 대해 의문을 품어 보았을 거다. 근거가 있는 과학적인 분류법인가, 화학적, 물리적, 또는 조성을 바탕으로, 아니면 무슨 다른 법칙이 있는지 등, 그러나 필자는 어떤 설명도 못 찾았다. 일설은 아미돈사의 초기 기술자들이 분류한 방법이란다. 필자의 생각은 분류법, 또는 명명법이 표준화가 되지 못하는 이유는 완전히 상업적인 이유 같다. 코어의 조성이 완전히 공개되면 메이커의 영업 비밀이 누설되어 기대를 하기 곤란할 거 같다 . 마치 음식점의 맛의 비결이 비공개되는 것처럼 영원한 숙제인 듯하다. 필자의 방법대로 실제 실험으로 체험하여 사용 여부를 결정하는 외에는 방법이 없을 거 같다. 자료 검색을 하다 보면 어디선가 본 자료가 많다. 자료가 돌고 돈다. 특히 국내 보다 외국의 자료가가 더 모방적(?)이였다.
국내에는 많은 클럽들이 있는 줄 안다. 각 클럽을 중심으로 기술 고취 차원에서 DIY(실제 자작 체험)해보는 것도 좋을 것 같다. 졍크 시장의 DS4OVT 유지홍 OM님이 키트로 판매하실 의향을 필자에게 전하였다. 영업적인 차원을 떠나 국내 아마추어에게 밸런과 언언을 접해 볼 수 있는 좋은 기회로 이해하자. 제작방법은 연구를 통하여 좋은 방법들을 개발하도록 하고, OVT오엠님도 재료 발굴에 신경 쓰셔 서로 서로 도우면 좋을 것 같다. 다음 편에는 실제 제작을 해보도록 하자.
* 글 중의 첨자의 표현이 좀 어색하게 됨을 양해바란다. 워드프로세서가 서로 달라 원고가 움직이면 첨자가 사라져 애로가 있다.
시간을 내서 각각의 바룬(전류 및 전압)을 클럽차원에서 DIY 강좌를
열어 직접 만들어 보면 좋겠습니다. 11월 중으로 주관해 볼렵니다.
vy FB tnx............