Attenuator (elektronika) - Attenuator (electronics)

30 dB 5W RF útlumový článek, DC – 18GHz, s N-typem koaxiální konektory

100 Wattový tlumič výkonu

An tlumič je elektronické zařízení který snižuje Napájení a signál bez zjevného zkreslující své křivka.

Útlumový článek je ve skutečnosti opakem zesilovač, ačkoli dva pracují různými metodami. Zatímco zesilovač poskytuje získat, atenuátor poskytuje ztrátu nebo zisk menší než 1.

Konstrukce a použití

Tlumiče jsou obvykle pasivní zařízení vyrobeno z jednoduchého dělič napětí sítí. Přepínání mezi různými odpory tvoří nastavitelné stupňovité tlumiče a kontinuálně nastavitelné pomocí potenciometry. Pro vyšší frekvence přesně sladěné nízké VSWR odpor sítě se používají.

Pevné atenuátory v obvodech se používají ke snížení napětí, rozptýlit sílu a vylepšovat impedanční přizpůsobení. Při měření signálů se používají zeslabovací podložky nebo adaptéry ke snížení hodnoty amplituda signálu o známé hodnotě umožňující měření nebo k ochraně měřicího zařízení před úrovněmi signálu, které by ho mohly poškodit. Attenuátory se také používají k „přizpůsobení“ impedance snížením zjevného SWR (Standing Wave Ratio).

Útlumové obvody

Obvod nevyváženého atenuátoru typu π

Vyvážený atenuátorový obvod typu π

Obvod nevyváženého atenuátoru typu T

Vyvážený atenuátorový obvod typu T

Základní obvody používané v atenuátorech jsou podložky pi (typ π) a T podložky. Může se vyžadovat, aby byly vyvážené nebo nevyvážené sítě v závislosti na tom, zda je geometrie čáry, s níž mají být použity, vyvážená nebo nevyvážená. Například tlumiče používané s koaxiální linky by byla nevyvážená forma, zatímco atenuátory pro použití s kroucená dvojlinka musí být vyvážená forma.

Na obrázcích vlevo jsou uvedena čtyři základní schémata zapojení útlumu. Protože obvod útlumu se skládá pouze z pasivních odporových prvků, je lineární i reciproční. Pokud je obvod také symetrický (obvykle je to tak, protože je obvykle nutné, aby vstupní a výstupní impedance Z₁ a Z.₂ jsou stejné), pak se vstupní a výstupní porty nerozlišují, ale podle konvence jsou levá a pravá strana obvodů označována jako vstup a výstup.

K dispozici jsou různé tabulky a kalkulačky, které poskytují prostředky k určení příslušných hodnot rezistorů pro dosažení konkrétních hodnot ztrát. Jeden z prvních byl publikován NAB v roce 1960 pro ztráty v rozmezí od 1/2 do 40 dB, pro použití v obvodech 600 ohmů.^[1]

Vlastnosti tlumiče

RF mikrovlnný tlumič

Klíčové specifikace pro atenuátory jsou:^[2]

• Útlum vyjádřen v decibely relativní síly. 3 dB podložka snižuje výkon na polovinu, 6 dB na jednu čtvrtinu, 10 dB na jednu desetinu, 20 dB na jednu setinu, 30 dB na jednu tisícinu a tak dále. U napětí zdvojnásobíte dBs, takže například 6 dB je poloviční napětí.
• Nominální impedance, například 50 ohmů
• Šířka frekvenčního pásmanapříklad DC-18 GHz
• Ztráta výkonu závisí na hmotnosti a povrchu odporového materiálu a také na případných dalších chladicích žebrech.
• SWR je poměr stojatých vln pro vstupní a výstupní porty
• Přesnost
• Opakovatelnost

RF tlumiče

Vysokofrekvenční útlumové články jsou obvykle koaxiální struktury s přesnými konektory jako porty a koaxiální, mikropáskové nebo tenkovrstvé vnitřní struktury. Výše SHF je vyžadována speciální struktura vlnovodu.

Důležité vlastnosti jsou:

• přesnost,
• nízké SWR,
• plochá frekvenční odezva a
• opakovatelnost.

Velikost a tvar tlumiče závisí na jeho schopnosti rozptýlit energii. Vysokofrekvenční útlumové články se používají jako zátěže a jako známý útlum a ochranný ztrátový výkon při měření vysokofrekvenčních signálů.^[3]

Tlumiče zvuku

Tlumič na úrovni linky v předzesilovači nebo zesilovač výkonu po použití výkonového zesilovače elektrický odpor snížit amplitudu signálu, který přichází do reproduktoru, snížit hlasitost výstupu. Tlumič na úrovni linky má nižší výkon, například 1/2-watt potenciometr nebo dělič napětí a řídí signály na úrovni předzesilovače, zatímco zeslabovač výkonu má vyšší schopnost manipulace s výkonem, například 10 wattů nebo více, a používá se mezi výkonovým zesilovačem a reproduktorem.

• Attenuator (kytara)
• Kytarový zesilovač

Hodnoty komponent pro odporové podložky a tlumiče

Tato část se týká pi-padů, T-padů a L-padů vyrobených výhradně z rezistorů a zakončených na každém portu čistě skutečným odporem.

• Veškerá impedance, proudy, napětí a parametry dvou portů budou považovány za čistě skutečné. U praktických aplikací je tento předpoklad často dostatečně blízko.
• Podložka je navržena pro určitou impedanci zátěže, Z_Zatíženía konkrétní impedanci zdroje, Z_s.
  • Impedance při pohledu do vstupního portu bude Z_S pokud je výstupní port ukončen Z_Zatížení.
  • Impedance při pohledu do výstupního portu bude Z_Zatížení pokud je vstupní port ukončen Z_S.

Referenční údaje pro výpočet komponenty zeslabovače

Tento obvod se používá pro obecný případ, všechny T-pady, všechny pi-pady a L-pady, když je impedance zdroje větší nebo rovna impedanci zátěže.

Výpočet L-pad předpokládá, že port 1 má nejvyšší impedanci. Pokud je nejvyšší impedancí výstupní port, použijte tento obrázek.

Unikátní označení rezistorů pro podložky Tee, Pi a L.

Dva porty atenuátoru jsou obecně obousměrné. V této části se s ní však bude zacházet, jako by to byla jedna cesta. Obecně platí kterýkoli z těchto dvou čísel, ale první údaj (který zobrazuje zdroj nalevo) se bude po většinu času předpokládat mlčky. V případě L-podložky se použije druhá číslice, pokud je impedance zátěže větší než impedance zdroje.

Každý rezistor v každém diskutovaném typu podložky má jedinečné označení, které snižuje zmatek.

Výpočet hodnoty komponenty L-pad předpokládá, že návrhová impedance pro port 1 (vlevo) je stejná nebo vyšší než návrhová impedance pro port 2.

Použité termíny

• Pad bude obsahovat pi-pad, T-pad, L-pad, atenuátor a dva porty.
• Dva porty budou zahrnovat pi-pad, T-pad, L-pad, atenuátor a dva porty.
• Vstupním portem se rozumí vstupní port dvouportového.
• Výstupní port bude znamenat výstupní port dvouportového.
• Symetrický znamená případ, kdy zdroj a zátěž mají stejnou impedanci.
• Ztráta znamená poměr výkonu vstupujícího do vstupního portu podložky dělený výkonem absorbovaným zátěží.
• Ztráta vložení znamená poměr výkonu, který by byl dodán do zátěže, pokud by zátěž byla přímo připojena ke zdroji, děleno výkonem absorbovaným zátěží při připojení přes podložku.

Použité symboly

Pasivní, odporové podložky a tlumiče jsou obousměrné dva porty, ale v této části s nimi bude zacházeno jako s jednosměrným.

• Z_S = výstupní impedance zdroje.
• Z_Zatížení = vstupní impedance zátěže.
• Z_v = impedance při pohledu do vstupního portu, když Z_Zatížení je připojen k výstupnímu portu. Z_v je funkcí impedance zátěže.
• Z_ven = impedance při pohledu do výstupního portu, když Z_s je připojen ke vstupnímu portu. Z_ven je funkcí impedance zdroje.
• PROTI_s = otevřený obvod zdroje nebo nezatížené napětí.
• PROTI_v = napětí přivedené na vstupní port zdrojem.
• PROTI_ven = napětí aplikované na zátěž výstupním portem.
• Já_v = proud vstupující do vstupního portu ze zdroje.
• Já_ven = proud vstupující do zátěže z výstupního portu.
• P_v= V_v Já_v = výkon vstupující do vstupního portu ze zdroje.
• P_ven= V_ven Já_ven = výkon absorbovaný zátěží z výstupního portu.
• P_Přímo= výkon, který by absorbovala zátěž, pokud by zátěž byla připojena přímo ke zdroji.
• L_podložka= 10 log₁₀ (Str_v / Str_ven ) vždy. A pokud Z_s = Z_Zatížení pak L_podložka = 20 log₁₀ (PROTI_v / V_ven ) taky. Všimněte si, jak je definováno, ztráta ≥ 0 dB
• L_vložení = 10 log₁₀ (Str_Přímo / Str_ven ). A pokud Z_s = Z_Zatížení pak L_vložení = L_podložka.
• Ztráta ≡ L._podložka. Ztráta je definována jako L_podložka.

Výpočet symetrického rezistoru T pad

${displaystyle A = 10 ^ {- ztráta / 20} qquad R_ {a} = R_ {b} = Z_ {S} {frac {1-A} {1 + A}} qquad R_ {c} = {frac {Z_ {s} ^ {2} -R_ {b} ^ {2}} {2R_ {b}}} qquad,}$ viz Valkenburg str. 11-3^[4]

Výpočet symetrického odporu pi pad

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

L-Pad pro výpočet odporu impedančního přizpůsobení

Pokud jsou zdroj i zátěž odporové (tj. Z₁ a Z.₂ mít nulovou nebo velmi malou imaginární část), pak lze použít odporový L-pad k jejich vzájemnému sladění. Jak je znázorněno, obě strany L-podložky mohou být zdrojem nebo zátěží, ale Z₁ strana musí být stranou s vyšší impedancí.

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

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

Velká kladná čísla znamenají, že ztráta je velká. Ztráta je a monotónní funkce poměru impedance. Vyšší poměry vyžadují vyšší ztráty.

Převod T-pad na pi-pad

To je Transformace Y-Δ

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

Převod pi-pad na T-pad

Toto je transformace 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]

Konverze mezi dvěma porty a podložkami

T-pad na parametry impedance

The parametry impedance pro pasivní dva porty jsou

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

Vždy je možné reprezentovat odporový t-pad jako dvouportový. Reprezentace je obzvláště jednoduchá pomocí následujících parametrů impedance:

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

Parametry impedance na T-pad

Předchozí rovnice jsou triviálně invertovatelné, ale pokud ztráta nestačí, budou mít některé komponenty t-pad záporné odpory.

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

Impedanční parametry k pi-pad

Tyto předchozí parametry T-pad lze algebraicky převést na parametry pi-pad.

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

Pi-pad pro přijímací parametry

The parametry přijetí pro pasivní dva porty jsou

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

Vždy je možné reprezentovat odporovou podložku pi jako dvouportový. Reprezentace je obzvláště jednoduchá pomocí následujících parametrů přijetí:

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

Parametry přijetí na pi-pad

Předchozí rovnice jsou triviálně invertovatelné, ale pokud ztráta nestačí, budou mít některé součásti pi-pad záporné odpory.

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

Obecný případ, určení parametrů impedance z požadavků

Protože podložka je zcela vyrobena z rezistorů, musí mít určitou minimální ztrátu, aby odpovídala zdroji a zátěži, pokud nejsou stejné.

Minimální ztráta je dána

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

Ačkoli pasivní párování dvou portů může mít menší ztrátu, pokud se tak stane, nebude možné jej převést na odporový útlumový polštář.

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

Jakmile jsou tyto parametry určeny, mohou být implementovány jako T nebo pi pad, jak je popsáno výše.

Viz také

• RF a mikrovlnné variabilní útlumové články
• Optický tlumič

Poznámky

Reference

• Hayt, William; Kemmerly, Jack E. (1971), Analýza technických obvodů (2. vyd.), McGraw-Hill, ISBN  0-07-027382-0
• Valkenburg, Mac E. van (1998), Referenční údaje pro inženýry: rádio, elektronika, počítače a komunikace (osm vyd.), Newnes, ISBN  0-7506-7064-9

externí odkazy

• Kytarový zesilovač - nejčastější dotazy
• Základní obvody zeslabovače
• Vysvětlení typů atenuátoru, přizpůsobení impedance a velmi užitečná kalkulačka