Аттенюаторы

Что такое аттенюаторы?

Аттенюаторы - это пассивные устройства. Их удобно обсуждать вместе с децибелами. Аттенюаторы ослабляют или ослабляют выходной сигнал высокого уровня генератора сигналов, например, для обеспечения сигнала низкого уровня для чего-то вроде антенного входа чувствительного радиоприемника. (рисунок ниже) Аттенюатор может быть встроен в генератор сигналов или быть автономным устройством. Он может обеспечивать фиксированное или регулируемое затухание. Секция аттенюатора также может обеспечить изоляцию между источником и проблемной нагрузкой.

Аттенюатор с постоянным сопротивлением согласован с импедансом источника ZI и сопротивлением нагрузки ZO. Для радиочастотного оборудования Z составляет 50 Ом.

В случае автономного аттенюатора, он должен быть установлен последовательно между источником сигнала и нагрузкой путем размыкания пути прохождения сигнала, как показано на рисунке выше. Кроме того, он должен совпадать с импедансом источника Z Я и сопротивление нагрузки Z O , обеспечивая при этом заданное ослабление. В этом разделе мы рассмотрим только частный и наиболее распространенный случай, когда импедансы источника и нагрузки равны. Не учитываемые в этом разделе, неравные сопротивления источника и нагрузки могут быть согласованы с помощью секции аттенюатора. Однако формулировка более сложная.

Аттенюаторы с Т-образным и Π-сечением являются общими формами.

Общие конфигурации: T и Π сети, показанные на рисунке выше. Несколько секций аттенюатора могут быть соединены каскадом, когда требуются даже более слабые сигналы, как показано на рисунке ниже.

Использование децибел для аттенюаторов

Коэффициенты напряжения, используемые при проектировании аттенюаторов, часто выражаются в децибелах. Коэффициент напряжения должен быть получен из затухания в децибелах. Коэффициенты мощности, выраженные в децибелах, являются аддитивными. Например, аттенюатор на 10 дБ, за которым следует аттенюатор на 6 дБ, обеспечивает общее ослабление 16 дБ.

10 дБ + 6 дБ =16 дБ

Изменение уровня звука примерно пропорционально логарифму отношения мощностей (PI / PO).

уровень звука =log10 (PI / PO)

Изменение уровня звука на 1 дБ практически незаметно для слушателя, а 2 дБ - легко. Ослабление на 3 дБ соответствует мощности резания вдвое, а усиление 3 дБ соответствует удвоению уровня мощности. Коэффициент усиления -3 дБ соответствует затуханию +3 дБ, что соответствует половине исходного уровня мощности.

Изменение мощности в децибелах по отношению мощностей составляет:

дБ =10 log10 (PI / PO)

Предполагая, что RI нагрузки в точке PI такая же, как резистор RO нагрузки в точке PO (RI =RO), децибелы могут быть получены из отношения напряжений (VI / VO) или отношения тока (II / IO):

PO =VO IO =VO2 / R =IO2 R PI =VI II =VI2 / R =II2 R дБ =10 log10 (PI / PO) =10 log10 (VI2 / VO2) =20 log10 (VI / VO) дБ =10 log10 (PI / PO) =10 log10 (II2 / IO2) =20 log10 (II / IO)

Уравнения в децибелах

Двумя наиболее часто используемыми формами уравнения децибел являются:

дБ =10 log10 (PI / PO) или дБ =20 log10 (VI / VO)

Мы будем использовать последнюю форму, так как нам нужно соотношение напряжений. Еще раз, формула уравнения для отношения напряжений применима только тогда, когда два соответствующих резистора равны. То есть сопротивление источника и нагрузки должны быть одинаковыми.

Примеры с использованием уравнений децибел

Пример: Мощность на аттенюаторе составляет 10 Вт, на выходе - 1 Вт. Найдите затухание в дБ.

дБ =10 log10 (PI / PO) =10 log10 (10/1) =10 log10 (10) =10 (1) =10 дБ

Пример: Найдите коэффициент ослабления напряжения (K =(VI / VO)) для аттенюатора 10 дБ.

дБ =10 =20 log10 (VI / VO) 10/20 =log10 (VI / VO) 1010/20 =10log10 (VI / VO) 3,16 =(VI / VO) =​​AP (соотношение)

Пример: Мощность в аттенюаторе 100 милливатт, мощность на выходе 1 милливатт. Найдите затухание в дБ.

дБ =10 log10 (PI / PO) =10 log10 (100/1) =10 log10 (100) =10 (2) =20 дБ

Пример: Найдите коэффициент ослабления напряжения (K =(VI / VO)) для аттенюатора 20 дБ.

дБ =20 =20 log10 (VI / VO) 1020/20 =10 log10 (VI / VO) 10 =(VI / VO) =​​K

Аттенюатор с Т-образным сечением

Аттенюаторы T и Π должны быть подключены к Z источник и Z сопротивление нагрузки. Z - (стрелки), указывающие от аттенюатора на рисунке ниже, указывают на это. Z - (стрелки), указывающие на аттенюатор, показывают, что импеданс, видимый при взгляде на аттенюатор с нагрузкой Z на противоположном конце, равен Z, Z =50 Ом для нашего случая. Этот импеданс является постоянным (50 Ом) по отношению к затуханию - полное сопротивление не изменяется при изменении затухания.

В таблице на рисунке ниже приведены значения резисторов для T и Π аттенюаторы для согласования с источником / нагрузкой 50 Ом, что является обычным требованием при работе с радиочастотами.

Телефонные службы и другие работы со звуком часто требуют согласования с сопротивлением 600 Ом. Умножить все R значения по соотношению (600/50) для корректировки согласования 600 Ом. Умножение на 75/50 преобразует значения таблицы в соответствие с источником и нагрузкой 75 Ом.

Формулы для резисторов аттенюатора с Т-образным сечением для заданных K, коэффициента ослабления напряжения и ZI =ZO =50 Ом.

Величина ослабления обычно указывается в дБ (децибелах). Хотя нам нужно соотношение напряжения (или тока) K чтобы найти номиналы резисторов из уравнений. См. дБ / 20 срок в степени 10 термин для вычисления отношения напряжений K от дБ, выше.

T (и ниже Π ) конфигурации используются наиболее часто, поскольку они обеспечивают двунаправленное сопоставление. То есть вход и выход аттенюатора можно поменять местами с одного конца на другой, и они все равно будут соответствовать импедансам источника и нагрузки, обеспечивая при этом одинаковое ослабление.

Отключив источник и посмотрев вправо на V Я , нам нужно увидеть последовательную параллельную комбинацию R 1 , R 2 , R 1 , и Z выглядит как эквивалентное сопротивление Z IN , такое же, как сопротивление источника / нагрузки Z:(нагрузка Z подключена к выходу.)

ZIN =R1 + (R2 || (R1 + Z))

Например, замените значения 10 дБ из таблицы аттенюатора 50 Ом на R . 1 и R 2 как показано на рисунке ниже.

ZIN =25,97 + (35,14 || (25,97 + 50)) ZIN =25,97 + (35,14 || 75,97) ZIN =25,97 + 24,03 =50

Это показывает нам, что мы видим 50 Ом прямо на примере аттенюатора (рисунок ниже) с нагрузкой 50 Ом.

Замена источника генератора, отключение нагрузки Z в V O , и глядя влево, должно дать нам то же уравнение, что и выше, для импеданса при V O , в силу симметрии. Кроме того, три резистора должны иметь номиналы, обеспечивающие требуемое затухание от входа к выходу. Это достигается уравнениями для R 1 и R 2 выше применительно к T -аттенюатор внизу.

Аттенюатор с ПИ-образным сечением

В таблице на рисунке ниже приведены значения резисторов для Π аттенюатор, согласованный с источником / нагрузкой 50 Ом при некоторых общих уровнях затухания. Резисторы, соответствующие другим уровням затухания, можно рассчитать по формулам.

Формулы для резисторов аттенюатора с поперечным сечением для заданных K, коэффициента ослабления напряжения и ZI =ZO =50 Ом.

Сказанное выше относится к π-аттенюатору ниже.

Какие значения резистора потребуются для обоих Π аттенюаторы для ослабления 10 дБ, согласованные с источником и нагрузкой 50 Ом?

Пример аттенюатора с-сечением 10 дБ для согласования источника и нагрузки 50 Ом.

10 дБ соответствует коэффициенту ослабления напряжения K =3,16 в предпоследней строке приведенной выше таблицы. Перенесите значения резисторов в этой строке на резисторы на принципиальной схеме на рисунке выше.

Аттенюатор L-образного сечения

В таблице на рисунке ниже приведены значения резисторов для L аттенюаторы для согласования с источником / нагрузкой 50 Ом. В таблице на рисунке ниже также перечислены номиналы резисторов для альтернативной формы. Обратите внимание, что номиналы резисторов не совпадают.

Таблица аттенюаторов с L-образным сечением для источника 50 Ом и полного сопротивления нагрузки.

Вышесказанное относится к L аттенюатор внизу.

Альтернативная форма таблицы аттенюаторов с L-образным сечением для источника 50 Ом и полного сопротивления нагрузки.

Т-образный аттенюатор с мостовым подключением

В таблице на рисунке ниже приведены значения резисторов для мостового соединения T . аттенюаторы для согласования с источником и нагрузкой 50 Ом. Мостовой аттенюатор с Т-образной схемой используется нечасто. Почему бы и нет?

Формулы и сокращенная таблица для секции аттенюатора с мостовой Т-образной схемой, Z =50 Ом.

Каскадные секции

Секции аттенюатора могут быть соединены каскадом, как показано на рисунке ниже, для большего ослабления, чем может быть доступно для одной секции. Например, два аттенюатора на 10 дБ могут быть включены каскадом для обеспечения ослабления 20 дБ, при этом значения в дБ являются аддитивными. Коэффициент ослабления напряжения K или V Я / V O для секции аттенюатора 10 дБ - 3,16. Коэффициент затухания напряжения для двух каскадных секций является произведением двух K s или 3,16x3,16 =10 для двух каскадных секций.

Секции каскадного аттенюатора:затухание в дБ аддитивно.

Переменное затухание может быть обеспечено дискретными шагами с помощью переключаемого аттенюатора. Пример на рисунке ниже, показанный в позиции 0 дБ, допускает ослабление от 0 до 7 дБ за счет аддитивного переключения ни одной, одной или нескольких секций.

Коммутируемый аттенюатор:затухание регулируется дискретными шагами.

Типичный многосекционный аттенюатор имеет больше секций, чем показано на рисунке выше. Добавление секции на 3 или 8 дБ выше позволяет устройству охватывать до 10 дБ и более. Более низкие уровни сигнала достигаются путем добавления участков 10 дБ и 20 дБ или двоичного кратного участка 16 дБ.

ВЧ аттенюаторы

Для радиочастотной (РЧ) работы (<1000 МГц) отдельные секции должны быть установлены в экранированных отсеках, чтобы предотвратить емкостную связь, если более низкие уровни сигнала должны быть достигнуты на самых высоких частотах. Отдельные секции переключаемых аттенюаторов в предыдущем разделе монтируются в экранированных секциях. Могут быть предприняты дополнительные меры для расширения частотного диапазона за пределы 1000 МГц. Это предполагает строительство из бессвинцовых резистивных элементов специальной формы.

Коаксиальный аттенюатор с Т-образным сечением, состоящий из резистивных стержней и резистивного диска, показан на рисунке выше. Эта конструкция пригодна к использованию до нескольких гигагерц. Коаксиальная Π версия будет иметь один резистивный стержень между двумя резистивными дисками в коаксиальной линии, как показано на рисунке ниже.

Радиочастотные соединители, не показанные на рисунке, прикреплены к концам упомянутых выше аттенюаторов T и. Разъемы позволяют каскадно подключать отдельные аттенюаторы в дополнение к подключению между источником и нагрузкой. Например, аттенюатор на 10 дБ может быть помещен между проблемным источником сигнала и дорогостоящим входом анализатора спектра. Несмотря на то, что нам может не понадобиться ослабление, дорогостоящее испытательное оборудование защищено от источника путем ослабления любого перенапряжения.

Резюме:аттенюаторы

• аттенюатор снижает входной сигнал до более низкого уровня.
• Величина ослабления указывается в децибелах . (дБ). Значения в децибелах добавляются для секций каскадного аттенюатора.
• дБ от отношения мощности:дБ =10 log10 (PI / PO)
• дБ от отношения напряжений:дБ =20 log10 (VI / VO)
• Т и Π секционные аттенюаторы являются наиболее распространенными конфигурациями схем.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Таблица измерений децибел