バラン

古典的な変圧器では、変圧器のコアの周りに電気的に分離された2つの巻線コイルがあります。変圧器型バランが他のタイプのバランよりも優れている点は、入力と出力の巻線が電気的に分離されているため、接地レベル電圧が接地ループの影響を受ける回路や、その他の電気的に互換性のない回路を接続できることです。そのため、これらのバランはしばしば絶縁変圧器と呼ばれます。

このタイプは「電圧バラン」と呼ばれることもあります。一次巻線は入力信号を受け取り、二次巻線は変換された信号を出力します。巻線に使用されているコアは、空洞（エアコア）の場合もあれば、磁器支持体のような磁気的に中性の材料の場合もあります。また、現代の高周波（HF）バランではフェライトのような優れた磁気伝導体、電信の初期の頃では軟鉄が使用されることもあります。

一次コイル内の電気信号は、変圧器の鉄心内で磁場に変換される。一次コイルを流れる電流の向きが反転すると、形成された磁場が崩壊する。そして、崩壊した磁場が二次巻線に電界を誘導する。

各巻線のループ比とコイルの磁気結合効率によって、電位（電圧）と電流の比、および出力の総電力が決まります。理想的な変圧器では、電圧と電流の比は巻線比の二乗に正確に比例して変化しますが、電力（ワットで測定）は一定のままです。実際の変圧器では、変圧器の金属コアの発熱、巻線導体の交流および直流抵抗、そして2つのコイル間の磁気結合が不完全なために外部の周囲環境にエネルギーが失われます。

理想的なバランは、2本のワイヤ（一次側と二次側）とコアで構成されます。一次側のワイヤに流れる電流によってコア内に磁場が発生し、それが二次側のワイヤに電界を誘導します。オートトランスバランは、コイルが1つだけのもの、または電気的に接続された2つ以上のコイルがコアに巻かれたものです。通常の変圧器の一次巻線と二次巻線を交差させることで、オートトランスを作ることもできます。オートトランスの巻線で作られたバランは、出力電圧は平衡しますが電流は必ずしも平衡しないため、電圧バランとも呼ばれます。

すべてのオートトランスにおいて、単一巻線の両端の間には、タップまたはタップポイントと呼ばれる少なくとも1つの追加の電気接続が必要です。一対の接続を通してバランに送られる電流は、一次コイルのように作用し、コア全体を磁化します。コイルの入力セグメントの電流が変化すると、誘導磁場が崩壊し、コア内の磁場の崩壊によってコイル全体に電流が誘導されます。入力接続とは異なるコイル部分への電気接続は、出力がタップされるコイルの長さに応じて、電圧が高くなったり低くなったりします。

トランス式バランとは異なり、オートトランス式バランは、各端子から直流電流を接地へ流す経路を提供します。屋外アンテナは静電気を蓄積しやすいため、オートトランス式バランを通して静電気を接地へ流すことができるのは大きな利点となります。

伝送線路バランまたはチョークバランは、伝送線路トランスの単純な形態と考えることができます。このタイプは、出力の両側で等しい電流を保証するものの、必ずしも等しい電圧を保証するわけではないため、電流バランと呼ばれることもあります。これらは通常、不平衡から不平衡、またはアンアンと呼ばれるため、アンアンと呼ばれます。バランは平衡から不平衡、またはバランです。

トランス型（磁気結合）と伝送線路型（電磁結合）を組み合わせると、より微妙なタイプが得られます。通常、無線機からアンテナに信号を伝送する巻線には、同じ種類の伝送線路線が使用されますが、これらのバランは任意の種類の線を使用して作成できます。結果として得られるデバイスは非常に広い帯域で動作します。^{[ 3 ]}伝送線路トランスは、一般的にトロイダルリングまたは2つの穴を持つ双眼鏡型の小さなフェライトコアを使用します。

グアネラ伝送線路変圧器（グアネラ 1944 ）は、インピーダンス整合変圧器として機能させるために、バランと組み合わせて使用​​されることが多い。バランス調整はさておき、このタイプの変圧器は、75Ωの 伝送線路を並列に2本の150Ω ケーブルに分割し、それらを直列に接続して300Ωとする構成になっている 。これは、バランのフェライトコア周辺に特定の配線を施すことで実現される。

従来の磁気トランスは、磁性材料の透磁率により最大周波数が制限されます。透磁率はMHz周波数を超えると急速に低下します。^{[ 4 ]}このため、動作周波数は約1GHzに制限されます。マイクロ波システムでは、ミキサー、プッシュプルアンプ、差動アナログ-デジタルコンバータおよびデジタル-アナログコンバータへのインターフェースなどのアプリケーションのために、1～100GHzの範囲のバランが必要です。^{[ 5 ]}

巻線ペアなどの高周波伝送線路を備えた伝送線路トランスバランは、従来の磁気トランスに典型的な磁気結合と容量結合を組み合わせることにより、はるかに高い周波数（8GHz以上）で動作することができます。

さらに高い周波数で動作させるには、磁気負荷は効果がありません。ネイサン・マーチャンドは、1944年に1:3の帯域幅比で動作可能な「変換トランス」を提案しました。^{[ 6 ]}この基本回路は、少なくとも100GHzまでの周波数で平面構造（MMICやRFICなど）で使用するために広く応用および変更されています。^{[ 7 ]}

これらのタイプの平面バランは、グランドプレーンまたはシールドにモードを励起し、それをメイングランドから「浮かせる」ことで動作します。これにより、メイン伝送線路に加えて負の信号も抽出でき、正負の信号ペアが生成されます。正負の信号経路をさまざまな構成で接続することで、数十種類のバラン構成が提案され、電子工学の文献に掲載されています。

テレビ、アマチュア無線、その他のアンテナの設置や接続において、バランは給電線とアンテナのインピーダンスと対称性を変換します。^{[ 8 ]}

例えば、300Ωツインリード線または450Ωラダー線（平衡）を75Ω同軸ケーブル（不平衡）に変換する場合や、平衡アンテナを不平衡同軸ケーブルに直接接続する場合などです。給電線からの放射を避けるため、通常は同軸ケーブルがアンテナとして機能して電力を放射するのを防ぐために、アンテナ給電点にコモンモードチョークとしてバランが使用されます。これは通常、平衡アンテナ（例えばダイポール）を同軸ケーブルで給電する場合に必要です。バランがない場合、同軸ケーブルのシールドがダイポールの片側と結合してコモンモード電流を誘導し、アンテナの一部となって意図せず放射してしまう可能性があります。^{[ 9 ]}

同軸ケーブルを用いて平衡アンテナのインピーダンスや放射パターンを測定する場合、ケーブルとアンテナ給電部の間にバランを配置することが重要です。バランがないとケーブルに不平衡電流が流れ、測定されるアンテナインピーダンスが給電ケーブルの構成に影響を受けやすくなり、小型アンテナの放射パターンがケーブルからの放射によって歪む可能性があります。

バランは、レーダー、送信機、衛星、あらゆる電話網、そしておそらく家庭で使用されるほとんどの無線ネットワークモデム／ルーターに搭載されています。トランスインピーダンスアンプと組み合わせることで、低電圧部品から高電圧アンプを構成できます。

ベースバンドビデオは、数メガヘルツまでの周波数を使用します。同軸ケーブルの代わりに、バランを使用してビデオ信号をツイストペアケーブルに結合できます。現在、多くのセキュリティカメラには、バランス型非シールドツイストペア（UTP）出力と、内部バランを介したアンバランス型同軸出力の両方があります。ビデオレコーダー側でも、100 Ω バランスから 75 Ω アンバランスに変換するためにバランが使用されます。このタイプのバランには、2 つのネジ端子を備えたBNC コネクタがあります。VGA/DVI バランは、VGA/DVI ソース（ラップトップ、DVD など）を CAT-5/CAT-6 ケーブルの長い配線を介して VGA/DVI ディスプレイ デバイスに接続するために使用される電子回路を備えたバランです。130 m（400フィート）を超える配線では、減衰と各信号の到着時間の変動により品質が低下する可能性があります。 130メートル（400フィート）を超える配線には、スキュー制御装置と特殊な低スキューまたはスキューフリーケーブルが使用されます。    

オーディオ用途において、バランは複数の目的を果たします。高インピーダンスの不平衡線と低インピーダンスの平衡線の間で変換を行うことができます。また、機器間のデカップリング（アースループの回避）にも使用されます。

オーディオシステムにおけるバランの3つ目の用途は、機器へのバランス電源の供給です。バランス電源のコモンモード干渉除去特性により、壁のコンセントから発生する広範囲のノイズ、例えばエアコン/暖房機/冷蔵庫のモーターからの電源伝搬干渉、蛍光灯や調光スイッチから発生するスイッチングノイズ、パーソナルコンピュータからのデジタルノイズ、アンテナとして機能する電源線/コードによって拾われる無線周波数信号などが除去されます。このノイズは電源を通してオーディオ/ビデオシステムに侵入し、システム全体のノイズフロアを上昇させます。^{[ 10 ]}

接続部を除けば、画像中の3つのデバイスは電気的には同一ですが、バランとして使用できるのは左端の2つだけです。左側のデバイスは通常、ギターなどの高インピーダンス音源をバランス型マイク入力に接続するために使用され、パッシブDIユニットとして機能します。中央のデバイスは、マイクなどの低インピーダンスのバランス型音源をギターアンプに接続するためのものです。右側のデバイスはインピーダンス整合のみを行うため、バランではありません。

• 電力線通信において、バランは信号を電力線に結合させるために使用される。
• 電子通信において、バランはツインアックスケーブルをCat 5ケーブルに変換し、またその逆も行う。