Аттенюатор (электроника) - Attenuator (electronics)

ВЧ-аттенюатор мощностью 30 дБ 5 Вт, постоянный ток – 18 ГГц, тип N коаксиальные разъемы

Аттенюатор мощности 100 Вт

An аттенюатор является гаджет что снижает мощность из сигнал без заметно искажающий это форма волны.

Аттенюатор фактически противоположен усилитель мощности, хотя они работают разными методами. Пока усилитель обеспечивает прирост, аттенюатор обеспечивает потери или усиление менее 1.

Строительство и использование

Аттенюаторы обычно пассивные устройства сделано из простых делитель напряжения сети. Переключение между различными сопротивлениями образуют регулируемые ступенчатые аттенюаторы и плавно регулируемые с помощью потенциометры. Для высоких частот точно подобранные низкие КСВН сопротивление сети.

Фиксированные аттенюаторы в цепях используются для понижения напряжения, рассеиваться мощность и улучшить согласование импеданса. При измерении сигналов используются аттенюаторы или адаптеры для снижения амплитуда сигнала - известная величина, необходимая для проведения измерений или для защиты измерительного устройства от уровней сигнала, которые могут его повредить. Аттенюаторы также используются для «согласования» импеданса за счет снижения кажущегося КСВ (коэффициента стоячей волны).

Цепи аттенюатора

Схема несимметричного аттенюатора π-типа

Схема симметричного аттенюатора π-типа

Схема несимметричного аттенюатора Т-типа

Схема симметричного аттенюатора Т-типа

Основные схемы, используемые в аттенюаторах: пи-площадки (π-тип) и Т-образные подушки. Может потребоваться, чтобы они были сбалансированными или несбалансированными сетями в зависимости от того, является ли геометрия линии, с которой они будут использоваться, сбалансированной или несбалансированной. Например, аттенюаторы, используемые с коаксиальные линии будет несбалансированной формой, а аттенюаторы для использования с витая пара должны быть сбалансированной формы.

На рисунках слева представлены четыре принципиальные схемы аттенюатора. Поскольку схема аттенюатора состоит исключительно из элементов пассивного резистора, она является линейной и линейной. взаимный. Если схема также сделана симметричной (обычно это так, поскольку обычно требуется, чтобы входное и выходное сопротивление Z₁ и Z₂ равны), то входные и выходные порты не различаются, но по соглашению левая и правая стороны схем называются входом и выходом соответственно.

Доступны различные таблицы и калькуляторы, которые позволяют определить соответствующие значения резисторов для достижения конкретных значений потерь. Один из первых был опубликован NAB в 1960 году для потерь от 1/2 до 40 дБ для использования в цепях с сопротивлением 600 Ом.^[1]

Характеристики аттенюатора

ВЧ-СВЧ-аттенюатор

Основные характеристики аттенюаторов:^[2]

• Затухание выражено в децибелы относительной мощности. Прокладка на 3 дБ снижает мощность до половины, 6 дБ до одной четвертой, 10 дБ до одной десятой, 20 дБ до одной сотой, 30 дБ до одной тысячной и так далее. Для напряжения вы удваиваете дБ, например, 6 дБ - это половина напряжения.
• Номинальный сопротивление, например 50 Ом
• Полоса частот, например DC-18 ГГц
• Рассеяние мощности зависит от массы и площади сопротивления материала, а также от возможных дополнительных ребер охлаждения.
• КСВ это коэффициент стоячей волны для портов ввода и вывода
• Точность
• Повторяемость

ВЧ аттенюаторы

Радиочастотные аттенюаторы обычно имеют коаксиальную структуру с прецизионными разъемами в виде портов и коаксиальной, микрополосковой или тонкопленочной внутренней структурой. Над СВЧ требуется особая конструкция волновода.

Важные характеристики:

• точность,
• низкий КСВ,
• плоская АЧХ и
• повторяемость.

Размер и форма аттенюатора зависят от его способности рассеивать мощность. ВЧ-аттенюаторы используются в качестве нагрузки для известного ослабления и защитного рассеяния мощности при измерении ВЧ-сигналов.^[3]

Аудио аттенюаторы

Аттенюатор линейного уровня в предусилителе или аттенюатор мощности после того, как усилитель мощности использует электрическое сопротивление для уменьшения амплитуды сигнала, который достигает динамика, уменьшая громкость на выходе. Аттенюатор линейного уровня имеет более низкую потребляемую мощность, например, 1/2 Вт. потенциометр или же делитель напряжения и управляет сигналами уровня предусилителя, тогда как аттенюатор мощности имеет более высокую пропускную способность, например 10 Вт или более, и используется между усилителем мощности и динамиком.

• Аттенюатор мощности (гитара)
• Гитарный усилитель

Значения компонентов для резистивных площадок и аттенюаторов

В этом разделе рассматриваются пи-контактные, Т-образные и L-образные контактные площадки, полностью изготовленные из резисторов и оканчивающиеся на каждом порте с чисто реальным сопротивлением.

• Предполагается, что все импеданс, токи, напряжения и двухпортовые параметры являются чисто реальными. Для практических приложений это предположение часто бывает достаточно близким.
• Колодка рассчитана на определенное сопротивление нагрузки Z_{Нагрузка}, и конкретный импеданс источника, Z_s.
  • Сопротивление входного порта будет Z_S если выходной порт заканчивается Z_{Нагрузка}.
  • Сопротивление выходного порта будет Z_{Нагрузка} если входной порт заканчивается Z_S.

Справочные данные для расчета компонентов аттенюатора

Эта схема используется для общего случая, всех Т-образных контактных площадок, всех пи-контактных площадок и L-образных контактных площадок, когда полное сопротивление источника больше или равно сопротивлению нагрузки.

Расчет L-pad предполагает, что порт 1 имеет наивысший импеданс. Если наивысший импеданс приходится на выходной порт, используйте это значение.

Уникальные обозначения резисторов для контактных площадок Tee, Pi и L.

Двухпортовый аттенюатор обычно двунаправленный. Однако в этом разделе это будет рассматриваться как одностороннее. В общем, применима любая из двух цифр, но первая цифра (которая изображает источник слева) в большинстве случаев подразумевается неявно. В случае L-образной контактной площадки будет использоваться вторая цифра, если полное сопротивление нагрузки больше, чем полное сопротивление источника.

Каждому резистору в каждом обсуждаемом типе контактной площадки дается уникальное обозначение, чтобы избежать путаницы.

Расчет значения компонента L-образной площадки предполагает, что проектное сопротивление для порта 1 (слева) равно или превышает проектное сопротивление для порта 2.

Используемые термины

• Pad будет включать пи-площадку, Т-образную площадку, L-образную площадку, аттенюатор и два порта.
• Двухпортовый будет включать пи-контакт, Т-образный контакт, L-образный контакт, аттенюатор и двухпортовый.
• Входной порт будет означать входной порт двухпортового.
• Выходной порт будет означать выходной порт двухпортового.
• Симметричный означает случай, когда источник и нагрузка имеют равное сопротивление.
• Под потерями понимается отношение мощности, поступающей на входной порт площадки, к мощности, потребляемой нагрузкой.
• Вносимые потери означают отношение мощности, которая была бы передана нагрузке, если бы нагрузка была напрямую подключена к источнику, деленная на мощность, потребляемую нагрузкой при подключении через площадку.

Используемые символы

Пассивные резистивные площадки и аттенюаторы являются двунаправленными двухпортовыми, но в этом разделе они будут рассматриваться как однонаправленные.

• Z_S = выходное сопротивление источника.
• Z_{Нагрузка} = входное сопротивление нагрузки.
• Z_в = импеданс во входном порту, когда Z_{Нагрузка} подключен к выходному порту. Z_в является функцией импеданса нагрузки.
• Z_из = импеданс, видимый при взгляде на выходной порт, когда Z_s подключен к входному порту. Z_из является функцией импеданса источника.
• V_s = источник разомкнутой цепи или ненагруженного напряжения.
• V_в = напряжение, приложенное к входному порту источником.
• V_из = напряжение, приложенное к нагрузке выходным портом.
• я_в = ток, поступающий во входной порт от источника.
• я_из = ток, входящий в нагрузку с выходного порта.
• п_в= V_в я_в = мощность, поступающая на входной порт от источника.
• п_из= V_из я_из = мощность, потребляемая нагрузкой от выходного порта.
• п_{непосредственный}= мощность, которая была бы поглощена нагрузкой, если бы нагрузка была подключена непосредственно к источнику.
• L_{подушечка}= 10 журнал₁₀ (П_в / П_из ) всегда. И если Z_s = Z_{Нагрузка} затем L_{подушечка} = 20 журнал₁₀ (V_в / V_из ) также. Обратите внимание, как определено, потери ≥ 0 дБ.
• L_{вставка} = 10 журнал₁₀ (П_{непосредственный} / П_из ). И если Z_s = Z_{Нагрузка} затем L_{вставка} = L_{подушечка}.
• Убыток ≡ L_{подушечка}. Убыток определяется как L_{подушечка}.

Расчет симметричного Т-образного резистора

${displaystyle A = 10 ^ {- Loss / 20} qquad R_ {a} = R_ {b} = Z_ {S} {frac {1-A} {1 + A}} qquad R_ {c} = {frac {Z_ {s} ^ {2} -R_ {b} ^ {2}} {2R_ {b}}} qquad,}$ см. Валкенбург, стр. 11-3^[4]

Расчет симметричного резистора pi pad

${displaystyle A = 10 ^ {- Loss / 20} qquad R_ {x} = R_ {y} = Z_ {S} {frac {1 + A} {1-A}} qquad R_ {z} = {frac {2R_ {x}} {left ({frac {R_ {x}} {Z_ {S}}} ight) ^ {2} -1}}] qquad,}$ см. Валкенбург, стр. 11-3^[4]

L-Pad для расчета резистора согласования импеданса

Если и источник, и нагрузка резистивные (т. Е. Z₁ и Z₂ имеют нулевую или очень маленькую мнимую часть), то можно использовать резистивную L-контактную площадку, чтобы сопоставить их друг с другом. Как показано, любая сторона L-образной панели может быть источником или нагрузкой, но Z₁ сторона должна быть стороной с более высоким импедансом.

${displaystyle R_ {q} = {frac {Z_ {m}} {sqrt {ho -1}}} qquad R_ {p} = Z_ {m} {sqrt {ho -1}}}$

${displaystyle {ext {Loss}} = 20log _ {10} left ({sqrt {ho -1}} + {sqrt {ho}} ight) quad {ext {where}} quad ho = {frac {Z_ {1}) } {Z_ {2}}} quad Z_ {m} = {sqrt {Z_ {1} Z_ {2}}} {ext {}},}$ см. Валкенбург, стр. 11-3^[5]

Большие положительные числа означают большие потери. Потеря - это монотонная функция отношения импеданса. Более высокие коэффициенты требуют более высоких потерь.

Преобразование T-Pad в Pi-Pad

Это Y-Δ преобразование

${displaystyle R_ {z} = {frac {R_ {a} R_ {b} + R_ {a} R_ {c} + R_ {b} R_ {c}} {R_ {c}}} qquad R_ {x} = {frac {R_ {a} R_ {b} + R_ {a} R_ {c} + R_ {b} R_ {c}} {R_ {b}}} qquad R_ {y} = {frac {R_ {a} R_ {b} + R_ {a} R_ {c} + R_ {b} R_ {c}} {R_ {a}}}. Qquad,}$ ^[6]

Преобразование pi-pad в T-pad

Это преобразование Δ-Y

${displaystyle R_ {c} = {frac {R_ {x} R_ {y}} {R_ {x} + R_ {y} + R_ {z}}} qquad R_ {a} = {frac {R_ {z} R_) {x}} {R_ {x} + R_ {y} + R_ {z}}} qquad R_ {b} = {frac {R_ {z} R_ {y}} {R_ {x} + R_ {y} + R_ {z}}} qquad,}$ ^[6]

Преобразование между двумя портами и пэдами

Тройник к параметрам импеданса

В параметры импеданса для пассивного двухпортового

${displaystyle V_ {1} = Z_ {11} I_ {1} + Z_ {12} I_ {2} qquad V_ {2} = Z_ {21} I_ {1} + Z_ {22} I_ {2} qquad {ext {with}} qquad Z_ {12} = Z_ {21},}$

Всегда можно представить резистивную Т-образную контактную площадку как двухполюсную. Это представление особенно просто с использованием следующих параметров импеданса:

${displaystyle Z_ {21} = R_ {c} qquad Z_ {11} = R_ {c} + R_ {a} qquad Z_ {22} = R_ {c} + R_ {b},}$

Параметры импеданса Т-образной контактной площадки

Предыдущие уравнения тривиально обратимы, но если потерь недостаточно, некоторые из компонентов тройника будут иметь отрицательное сопротивление.

${displaystyle R_ {c} = Z_ {21} qquad R_ {a} = Z_ {11} -Z_ {21} qquad R_ {b} = Z_ {22} -Z_ {21},}$

Параметры импеданса на пи-пад

Эти предыдущие параметры T-образной панели могут быть алгебраически преобразованы в параметры pi-pad.

${displaystyle R_ {z} = {frac {Z_ {11} Z_ {22} -Z_ {21} ^ {2}} {Z_ {21}}} qquad R_ {x} = {frac {Z_ {11} Z_ { 22} -Z_ {21} ^ {2}} {Z_ {22} -Z_ {21}}} qquad R_ {y} = {frac {Z_ {11} Z_ {22} -Z_ {21} ^ {2} } {Z_ {11} -Z_ {21}}} qquad}$

Пи-пад к параметрам проводимости

В параметры допуска для пассивного два порта

${displaystyle I_ {1} = Y_ {11} V_ {1} + Y_ {12} V_ {2} qquad I_ {2} = Y_ {21} V_ {1} + Y_ {22} V_ {2} qquad {ext {with}} qquad Y_ {12} = Y_ {21},}$

Резистивную пи-площадку всегда можно представить как двухпортовую. Это представление особенно просто с использованием следующих параметров проводимости:

${displaystyle Y_ {21} = {frac {1} {R_ {z}}} qquad Y_ {11} = {frac {1} {R_ {x}}} + {frac {1} {R_ {z}}} qquad Y_ {22} = {frac {1} {R_ {y}}} + {frac {1} {R_ {z}}},}$

Параметры допуска к пи-паду

Предыдущие уравнения тривиально обратимы, но если потерь недостаточно, некоторые компоненты пи-контактной площадки будут иметь отрицательные сопротивления.

${displaystyle R_ {z} = {frac {1} {Y_ {21}}} qquad R_ {x} = {frac {1} {Y_ {11} -Y_ {21}}} qquad R_ {y} = {frac {1} {Y_ {22} -Y_ {21}}},}$

Общий случай, определение параметров импеданса из требований

Поскольку площадка полностью сделана из резисторов, она должна иметь определенные минимальные потери, чтобы соответствовать источнику и нагрузке, если они не равны.

Минимальный убыток определяется как

${displaystyle Loss_ {min} = 20 log_ {10} left ({sqrt {ho -1}} + {sqrt {ho}} quad ight), quad {ext {where}} quad ho = {frac {max [Z_ { S}, Z_ {Load}]} {min [Z_ {S}, Z_ {Load}]}},}$ ^[4]

Хотя пассивное согласование с двумя портами может иметь меньшие потери, в противном случае его нельзя будет преобразовать в резистивный аттенюатор.

${displaystyle A = 10 ^ {- Loss / 20} qquad Z_ {11} = Z_ {S} {frac {1 + A ^ {2}} {1-A ^ {2}}} qquad Z_ {22} = Z_ {Load} {frac {1 + A ^ {2}} {1-A ^ {2}}} qquad Z_ {21} = 2 {frac {A {sqrt {Z_ {S} Z_ {Load}}}} { 1-A ^ {2}}},}$

Как только эти параметры определены, они могут быть реализованы в виде Т-образной или пи-панели, как описано выше.

Смотрите также

• ВЧ- и СВЧ-регулируемые аттенюаторы
• Оптический аттенюатор

Примечания

Рекомендации

• Хейт, Уильям; Кеммерли, Джек Э. (1971), Анализ инженерных схем (2-е изд.), Макгроу-Хилл, ISBN  0-07-027382-0
• Валкенбург, Мак Э. ван (1998), Справочные данные для инженеров: радио, электроника, компьютер и связь (восемь изд.), Newnes, ISBN  0-7506-7064-9

внешняя ссылка

• Часто задаваемые вопросы о аттенюаторе мощности гитарного усилителя
• Основные схемы аттенюатора
• Объяснение типов аттенюатора, согласование импеданса и очень полезный калькулятор