При разработването на електронни схеми обикновено е необходимо да се реши проблемът с усилването на сигналите - увеличаване на тяхната амплитуда или мощност. Но има ситуации, когато нивото на сигнала се изисква, напротив, да отслаби. И тази задача не е толкова проста, колкото изглежда на пръв поглед.
Съдържание
Какво е атенюатор и как работи
Атенюаторът е устройство за умишлено и нормално намаляване на амплитудата или мощността на входния сигнал, без да се нарушава неговата форма.
Принципът на действие на атенюаторите, използвани в радиочестотния диапазон - делител на напрежение с резистори или кондензатори. Входният сигнал се разпределя между резисторите пропорционално на съпротивленията. Най-простото решение е делител на два резистора. Такъв атенюатор се нарича L-образен (в чуждата техническа литература - L-образен). Всяка страна на това небалансирано устройство може да служи като вход и изход.Характеристика на G-атенюатора е ниското ниво на загуби при съпоставяне на входа и изхода.
Видове атенюатори
На практика G-атенюаторът не се използва толкова често - основно за съвпадение на входното и изходното съпротивление. Устройствата от тип P (в чуждата литература Pi - от латинската буква π) и устройствата от тип T се използват много по-широко за нормализирано затихване на сигнали. Този принцип ви позволява да създавате устройства със същия входен и изходен импеданс (но, ако е необходимо, можете да използвате различни).
Фигурата показва небалансирани устройства. Източникът и товарът трябва да бъдат свързани към тях с небалансирани линии - коаксиални кабели и др. от всяка посока.
За балансирани линии (усукана двойка и др.) се използват балансирани вериги - понякога се наричат атенюатори тип H и O, въпреки че това са само вариации на предишните устройства.
Чрез добавяне на един (два) резистора, типовете атенюатори T- (H-) се превръщат в мостови.
Атенюаторите се произвеждат от индустрията под формата на цялостни устройства с конектори за свързване, но могат да бъдат направени и на печатна платка като част от обща схема. Резистивните и капацитивните атенюатори имат сериозен плюс - не съдържат нелинейни елементи, което не изкривява сигнала и не води до появата на нови хармоници в спектъра и изчезването на съществуващите.
Освен резистивни има и други видове атенюатори. Широко използвани в промишлените технологии:
- пределни и поляризационни атенюатори - на базата на конструктивните свойства на вълноводи;
- абсорбиращи атенюатори - затихването на сигнала причинява поглъщане на мощност от специално подбрани материали;
- оптични атенюатори;
Тези видове устройства се използват в микровълновата технология и в светлинния честотен диапазон. При ниски и радиочестоти се използват атенюатори на базата на резистори и кондензатори.
Основни характеристики
Основният параметър, който определя свойствата на атенюаторите, е коефициентът на затихване. Измерва се в децибели. За да се разбере колко пъти амплитудата на сигнала намалява след преминаване през затихващата верига, е необходимо да се преизчисли коефициентът от децибели в пъти. На изхода на устройство, което намалява амплитудата на сигнала с N децибела, напрежението ще бъде M пъти по-малко:
М=10(н/20) (за мощност — M=10(н/10)) .
Обратно изчисление:
N=20⋅log10(M) (за мощност N=10⋅log10(М)).
Така че, за атенюатор с Kosl \u003d -3 dB (коефициентът винаги е отрицателен, тъй като стойността винаги намалява), изходният сигнал ще има амплитуда от 0,708 от оригинала. И ако изходната амплитуда е два пъти по-малка от оригиналната, тогава Kosl е приблизително равен на -6 dB.
Формулите са доста сложни за умствени изчисления, така че е по-добре да използвате онлайн калкулатори, от които в интернет има много.
За регулируеми устройства (стъпаловидни или плавни) са посочени граници на настройка.
Друг важен параметър е вълновият импеданс (импеданс) на входа и изхода (те могат да бъдат еднакви). Това съпротивление е свързано с такава характеристика като съотношението на стоящата вълна (SWR) - често се посочва върху промишлени продукти. За чисто съпротивителен товар този коефициент се изчислява по формулата:
- SWR=ρ/R, ако ρ>R, където R е съпротивлението на натоварването и ρ е вълновият импеданс на линията.
- SWR= R/ρ, ако ρ<R.
КСВ винаги е по-голям или равен на 1. Ако R=ρ, цялата мощност се прехвърля към товара. Колкото повече се различават тези стойности, толкова по-голяма е загубата.Така че, при SWR = 1,2, 99% от мощността ще достигне натоварването, а при SWR = 3 - вече 75%. При свързване на 75 омов атенюатор към 50 омов кабел (или обратно), SWR = 1,5 и загубата ще бъде 4%.
Други важни характеристики, които трябва да споменем:
- работен честотен диапазон;
- максимална мощност.
Важен е и такъв параметър като точност - това означава допустимото отклонение на затихването от номиналното. За индустриалните атенюатори характеристиките се прилагат към корпуса.
В някои случаи мощността на устройството е важна. Енергията, която не е достигнала до консуматора, се разсейва от атенюаторните елементи, така че е от решаващо значение да се предотврати претоварване.
Има формули за изчисляване на основните характеристики на резистивните атенюатори с различни конструкции, но те са тромави и съдържат логаритми. Следователно, за да ги използвате, имате нужда поне от калкулатор. Следователно, за самостоятелно изчисляване е по-удобно да използвате специални програми (включително онлайн).
Регулируеми атенюатори
Коефициентът на затихване и SWR се влияят от стойността на всички елементи, които съставляват атенюатора, така че създайте устройства на базата на резистори с плавно регулиране на параметрите е трудно. Чрез промяна на затихването е необходимо да се регулира КСВ и обратно. Такива проблеми могат да бъдат решени чрез използване на усилватели с усилване по-малко от 1.
Такива устройства са изградени на транзистори или OU, но има проблем с линейността. Не е лесно да се създаде усилвател, който да не изкривява формата на вълната в широк честотен диапазон. Много по-широко се използва стъпаловидно регулиране - атенюаторите са свързани последователно, тяхното отслабване се сумира. Тези вериги, които са необходими, са шунтирани (релейни контакти и т.н.).Така желаният коефициент на затихване се получава без промяна на съпротивлението на вълната.
Има конструкции на устройства за затихване на сигнала с плавно регулиране, изградени на широколентови трансформатори (SHPT). Използват се в любителските комуникационни технологии в случаите, когато изискванията за съвпадение на входа и изхода са ниски.
Плавната настройка на атенюаторите, изградени върху вълноводи, се постига чрез промяна на геометричните размери. Оптичните атенюатори също се произвеждат с плавен контрол на затихването, но такива устройства имат доста сложен дизайн, тъй като съдържат система от лещи, оптични филтри и др.
Област на приложение
Ако атенюаторът има различни входни и изходни съпротивления, тогава, в допълнение към функцията за затихване, той може да действа като съвпадащо устройство. Така че, ако трябва да свържете кабели от 75 и 50 ома, можете да поставите подходящо изчислен между тях и заедно с нормализираното затихване можете да коригирате и степента на съвпадение.
В приемното оборудване се използват атенюатори, за да се избегне претоварване на входните вериги с мощно фалшиво излъчване. В някои случаи отслабването на смущаващия сигнал, дори в същото време като слаб желан сигнал, може да подобри качеството на приемане чрез намаляване на нивото на интермодулационни смущения.
В измервателната техника атенюаторите могат да се използват като разделителни – те намаляват ефекта на натоварването върху източника на еталонния сигнал. Оптичните атенюатори се използват широко при тестване на приемо-предавателно оборудване за оптични комуникационни линии.С тяхна помощ се моделира затихването в реална линия и се определят условията и границите на стабилна комуникация.
В аудио технологията атенюаторите се използват като устройства за контрол на мощността. За разлика от потенциометрите, те правят това с по-малка загуба на мощност. Тук е по-лесно да се осигури плавно регулиране, тъй като съпротивлението на вълната не е важно - има значение само затихването. В телевизионните кабелни мрежи атенюаторите елиминират претоварването на телевизионните входове и ви позволяват да поддържате качеството на предаване, независимо от условията на приемане.
Тъй като не е най-сложното устройство, атенюаторът намира най-широко приложение в радиочестотните вериги и ви позволява да решавате различни проблеми. При микровълнови и оптични честоти тези устройства са изградени по различен начин и са сложни промишлени единици.
Подобни статии:
