Интернет магазин радиооборудования и радиодеталей!
Посетить магазин!
 
 

Аттенюатор

Аттенюаторы являются пассивными устройствами. Аттенюатор ослабляет проходящий через него сигнал в необходимое количество раз, что может потребоваться при подаче сигнала на антенну или чувствительный радиоприёмник (см. рис. ниже). Аттенюатор может быть составной частью генератора сигнала, или же отдельным устройством. С помощью аттенюатора можно ослабить входящий сигнал до нужного уровня.

 Полезным побочным эффектом является то, что использование аттенюатора между линией и нагрузкой улучшает коэффициент бегущей волны и коэффициент стоячей волны в подводящей линии в случае, когда нагрузка плохо согласована с линией.

Аттенюатор с постоянным импедансом, — импеданс должен соответствовать импедансу источника Zвх и импедансу нагрузки Zвых. Для высокочастотного оборудования параметр Z обычно равен 50 ОмАттенюатор с постоянным импедансом, — импеданс должен соответствовать импедансу источника Zвх и импедансу нагрузки Zвых. Для высокочастотного оборудования параметр Z обычно равен 50 Ом

Аттенюатор устанавливается последовательно между источником сигнала и нагрузкой как показано на рисунке выше. Кроме того, импеданс аттенюатора должен соответствовать импедансу источника Zвх, а также импедансу нагрузки Zвых. В этой статье будет разобран самый распространённый случай, когда импеданс источника и импеданс нагрузки равны.

Аттенюаторы с Т-образной и П-образной схемой
Аттенюаторы с Т-образной и П-образной схемой

Наиболее часто используемыми видами аттенюатора являются аттенюаторы с T -образной и Π-образной схемами, показанными на рисунке выше. Если требуется ослабить сигнал ещё больше, то несколько аттенюаторов могут быть включены каскадно (см. рисунок ниже).

Децибелы

Коэффициент передачи K (отношение выходного и входного напряжений), создаваемый аттенюатором чаще всего выражается в децибелах. Выраженные в децибелах отношения мощностей при последовательном включении складываются. Например, если за аттенюатором 10 дБ расположен аттенюатор 6 дБ, то общее ослабление будет составлять 16 дБ.10 дБ + 6 дБ = 16 дБ

Изменение громкости звука приближённо пропорционально логарифму отношения мощностей (Pвх / Pвых).

Громкость звука = log10(Pвх / Pвых)

Изменение громкости на 1 дБ практически не воспринимается на слух, в то время как изменение громкости на 2 дБ без уже без труда различимо. Ослабление на 3 дБ соответствует снижению мощности вдвое, в то время как усиление на 3 дБ соответствует усилению мощности в два раза. Увеличение на -3 дБ соответствует ослаблению на + 3 дБ, что равно уменьшению начальной мощности вдвое.

Изменение мощности в децибелах, исходя их отношения входной и выходной мощностей равно:dB = 10 log10(Pвх / Pвых)

Если принять, что нагрузка Rвх при Pвх равна сопротивлению нагрузки Rвых при Pвых(Rвх= Rвых), значение в децибелах может быть выведено на основе отношения напряжений (Vвх / Vвых) или отношения входного тока к выходному (Iвх / Iвых):

Pвых = V вых Iвых = Vвых2 / R = Iвых2 R

Pвх = V вх Iвх = Vвх2 / R = Iвх2 R

дБ = 10 log10(Pвх / Pвых) = 10 log10(Vвх2 / Vвых2) = 20 log10(Vвх/Vвых)

дБ = 10 log10(Pвх / Pвых) = 10 log10(Iвх2 / Iвых2) = 20 log10(Iвх/Iвых)

Два наиболее часто используемых уравнения для определения уровня в децибелах:

дБ = 10 log10(Pвх / Pвых) или дБ = 20 log10(Vвх / Vвых)

Поскольку нам требуется отношение напряжений (коэффициент передачи), мы будем использовать последнее уравнение. Следует ещё раз отметить, что это уравнение применяется только в случае равенства двух соответствующих сопротивлений. То есть сопротивление источника и сопротивление нагрузки должны быть одинаковыми.

Пример:Входная мощность равна 10 Вт, мощность после ослабления равна 1 Вт. Найти ослабление в дБ.

дБ = 10 log10(Pвх / Pвых) = 10 log10 (10 /1) = 10 log10 (10) = 10 (1) = 10 дБ

Пример:Найти коэффициент ослабления напряжения (K= (Vвх / Vвых)) для аттенюатора 10 дБ.

дБ = 10= 20 log10(Vвы / Vвых)

10/20 = log10(Vвх / Vвых)

1010/20 = 10log10(Vвх / Vвых)

3.16 = (Vвх / Vвых) = AP (отношение)

Пример:Входная мощность равна 100 мВт, мощность после ослабления равна 1 мВт. Найти ослабление в дБ.

дБ= 10 log10(Pвх / Pвых) = 10 log10 (100 /1) = 10 log10 (100) = 10 (2) = 20 дБ

Пример:Найти коэффициент ослабления напряжения (K= (Vвх / Vвых) для аттенюатора 20 дБ.

дБ = 20= 20 log10(Vвх / Vвых )

1020/20 = 10 log10(Vвх / Vвых )

10 = (Vвх / Vвых ) = K

Т-образный аттенюатор

Т-образный и П-образный аттенюаторы включаются в цепь с импедансом источника Z и импедансом нагрузки Z. На рисунке ниже это показано литерой Z со стрелками, направленными в стороны от аттенюатора. Импеданс остаётся постоянным (в нашем случае 50 Ом), то есть не изменяется при изменении степени ослабления.

В таблице ниже приведены значения номиналов резисторов для T- и Π-образных аттенюаторов, необходимых для согласования импеданса источник/нагрузка 50 Ом, что является обычным значением в высокочастотных схемах.

В телефонной и другой звуковой аппаратуре требуемый импеданс часто бывает равен 600 Ом. Для получения соответствующих значений резисторов необходимо умножить все номиналы R на соответствующий коэффициент (600/50). При умножении на 75/50 вы получите значения для согласования импеданса 75 Ом.

Формулы для резисторов Т-образной схемы, при известном значении К, коэффициенте ослабления напряжения, и Zвх = Zвых = 50 Ом
Формулы для резисторов Т-образной схемы, при известном значении К, коэффициенте ослабления напряжения, и Zвх = Zвых = 50 Ом

Обычно ослабление указывается в децибелах (дБ). Несмотря на это, для определения номиналов резисторов нам необходимо знать коэффициент напряжения (или тока) K.

Наиболее часто для двустороннего согласования импеданса используются T-образная (и Π-образная) схемы. Иными словами, вход и выход аттенюатора можно поменять местами при этом согласование импеданса источника и нагрузки будет сохраняться, а также будет обеспечиваться необходимое ослабление.

Если отключить источник и посмотреть вправо от Vвх, то мы увидим последовательно-параллельное соединение Rвых, Rвх, Rвых, и Z, которые представляют собой эквивалентное сопротивление Z, — импеданс источник/нагрузка: (Z соединено с выходом).

Z=Rвых + (R2 ||(R1 + Z))

К примеру, заменим значения 10 дБ из таблицы аттенюатора на 50 Ом на R1 и R2 как показано на рисунке ниже.

Z = 25,97 + (35,14 ||(25,97 + 50))

Z = 25,97 + (35,14 || 75,97)

Z = 25,97 + 24,03 = 50

То есть мы получаем тот же импеданс 50 Ом.

Если заменить источник, отсоединив нагрузкуZ на Vвых, и посмотреть в левую часть, то мы получим то же уравнение, что и выше для импеданса при Vвых, что обусловлено симметрией схемы. Кроме того, номиналы трёх резисторов должны быть такими, чтобы обеспечить необходимое ослабление со входа на выход. Их можно найти из уравнений для резисторов R1 и R2.

T-образный аттенюатор 10 дБ, включаемый между источником и нагрузкой 50 Ом
T-образный аттенюатор 10 дБ, включаемый между источником и нагрузкой 50 Ом

Аттенюатор с n-образной схемой

В таблице ниже приведены номиналы резисторов для Π-образного аттенюатора для согласования импеданса источник/нагрузка 50 Ом при некоторых стандартных уровнях ослабления. Номиналы резисторов для прочих уровней ослабления можно найти с помощью уравнений.

Формулы для резисторов П-образной схемы, при известном К, коэффициенте ослабления напряжения, и Zвх = Zвых = 50 Ом
Формулы для резисторов П-образной схемы, при известном К, коэффициенте ослабления напряжения, и Zвх = Zвых = 50 Ом

Вышеприведённые формулы применимы и для n-образной схемы.

Какими должны быть номиналы резисторов в случае Π-образногоаттенюатора 10 дБ для согласования импеданса источника и нагрузки 50 Ом?

Пример Π-образного аттенюатора для согласования импеданса источника и нагрузки 50 Ом
Пример Π-образного аттенюатора для согласования импеданса источника и нагрузки 50 Ом

Параметр 10 дБ соответствует коэффициенту ослабления напряжения K=3,16 в предпоследней строке вышеприведённой таблицы. Используйте номиналы резисторов из этой строки для резисторов на схеме выше.

Аттенюатор с г-образной схемой

В таблице ниже приведены номиналы резисторов аттенюатора с г-образной схемой для согласования импеданса источник/нагрузка 50 Ом. В следующей таблице приведены номиналы резисторов для альтернативного варианта этой схемы. Обратите внимание, чтономиналырезисторовнеодинаковы.

Аттенюатор с L-образной схемой для согласования импеданса источник/нагрузка 50 Ом
Аттенюатор с L-образной схемой для согласования импеданса источник/нагрузка 50 Ом

Вышеприведённые данные применяются для показанного ниже г-образного аттенюатора.

Альтернативный вариант аттенюатора с L-образной схемой для согласования импеданса источник/нагрузка 50 Ом
Альтернативный вариант аттенюатора с L-образной схемой для согласования импеданса источник/нагрузка 50 Ом

Аттенюатор с Т-образной мостовой схемой

В таблице ниже приведены значения номиналов резисторов аттенюатора с Т-образной мостовой схемой для согласования импеданса 50 Ом источник/нагрузка. Аттенюатор с Т-образной мостовой схемой применяется не так часто.

Формулы и сокращённые таблицы для аттенюаторов с Т-образной мостовой схемой, Z = 50 Ом
Формулы и сокращённые таблицы для аттенюаторов с Т-образной мостовой схемой, Z = 50 Ом

Каскадно включённые аттенюаторы

Схемы аттенюаторов могут быть включены каскадно как показано на рисунке ниже для получения большего ослабления, чем можно получить с помощью одного аттенюатора. Например, при каскадном включении двух аттенюаторов 10 дБ будет обеспечиваться ослабление 20 дБ, то есть значения в децибелах просто складываются. Коэффициент ослабления напряжения K или Vвх/Vвых для аттенюатора 10 дБ равен 3,16. Коэффициент ослабления напряжения для двух каскадно включённых аттенюаторов есть произведение двух K, то есть 3,16×3,16 = 10.

Каскадно включённые аттенюаторы: ослабление в дБ складывается
Каскадно включённые аттенюаторы: ослабление в дБ складывается

Регулируемое ослабление может быть обеспечено с помощью аттенюатора со ступенчато изменяемым коэффициентом ослабления. В примере на рисунке ниже, показано положение 0 дБ, однако при использовании одной или нескольких секций существует возможность ослаблять сигнал в диапазоне от 0 до 7 дБ.

Аттенюатор со ступенчато изменяемым коэффициентом ослабления
Аттенюатор со ступенчато изменяемым коэффициентом ослабления

В типичном многосекционном аттенюаторе больше секций, чем показано на рисунке. При добавлении секции 3 или 8 дБ можно достичь большего диапазона регулируемого ослабления. Для получения большего ослабления необходимо добавить секции 10 дБ и 20 дБ.

 

    Резюме: аттенюаторы
  • Аттенюатор позволяет уменьшить уровень сигнала до необходимо уровня.
  • Ослабление выражается в децибелах (дБ). В каскадно включённых аттенюаторах значения ослабления в децибелах складываются.
  • Значение в дБ исходя их отношения входной и выходной мощностей: дБ = 10 log10(Pвх / Pвых)
  • Значение в дБ исходя их отношения входного и выходного напряжений: дБ = 20 log10(Vвх / Vвых)
  • Чаще всего применяются аттенюаторы с T- и Π-образной схемой.
  •  
 
Ссылка на источник: http://andys.ru/attenuator/




Наверх