La proiectarea circuitelor electronice, este de obicei necesar să se amplifice semnalele prin creșterea amplitudinii sau a puterii acestora. Dar există situații în care nivelul semnalului trebuie să fie redus. Iar această sarcină nu este atât de ușoară pe cât pare la prima vedere.
Cuprins
Ce este un atenuator și cum funcționează acesta
Un atenuator este un dispozitiv utilizat pentru a reduce în mod deliberat și normal amplitudinea sau puterea unui semnal de intrare fără a-i afecta forma.
Principiul atenuatoarelor utilizate în aplicațiile de radiofrecvență este următorul Divizor de tensiune în rezistențe sau condensatori. Semnalul de intrare este distribuit între rezistoare proporțional cu rezistențele. Cea mai simplă soluție este un divizor format din două rezistențe. Un astfel de atenuator se numește atenuator în formă de L (L-shaped în literatura tehnică străină). Intrarea și ieșirea pot fi orice parte a acestui dispozitiv asimetric. Un atenuator de tip L este caracterizat de o pierdere scăzută în potrivirea intrare/ieșire.
Tipuri de atenuatoare
În practică, atenuatorul de tip L este utilizat mai rar, în principal pentru adaptarea impedanțelor de intrare și de ieșire. Mult mai utilizate pentru atenuarea normalizată a semnalelor sunt dispozitivele de tip P (Pi în literatura străină de la litera latină π) și de tip T. Acest principiu face posibilă crearea de dispozitive cu aceeași impedanță de intrare și de ieșire (dar, dacă este necesar, pot fi utilizate și impedanțe diferite).
Ilustrația prezintă dispozitive asimetrice. Sursa și sarcina trebuie să fie conectate la acestea cu linii dezechilibrate - cabluri coaxiale etc. de ambele părți.
Pentru liniile simetrice (perechi torsadate etc.) se folosesc circuite simetrice - acestea sunt uneori numite atenuatoare de tip H și O, deși acestea sunt doar variații ale dispozitivelor anterioare.
Prin adăugarea a una (două) rezistențe, atenuatorul de tip T (H) devine un atenuator de tip punte.
Atenuatoarele sunt disponibile la nivel industrial ca dispozitive complete cu conectori pentru conectare, dar pot fi realizate și pe un PCB ca parte a unui circuit general. Atenuatoarele rezistive și capacitive au un avantaj major - nu conțin elemente neliniare, ceea ce nu denaturează semnalul și nu determină apariția de noi armonici în spectru și dispariția celor existente.
În afară de atenuatoarele rezistive, există și alte tipuri de atenuatoare. Utilizate în mod obișnuit în aplicațiile industriale sunt:
- Atenuatoare de limitare și polarizare - bazate pe proprietățile structurale ale ghidurilor de undă;
- Atenuatoare absorbante - atenuarea semnalului este cauzată de absorbția puterii de către materiale special selectate;
- atenuatoare optice;
Aceste tipuri de dispozitive sunt utilizate în tehnologia cu microunde și în gama de frecvențe luminoase. La frecvențe joase și radio, se utilizează atenuatoare bazate pe rezistențe și condensatoare.
Caracteristici principale
Coeficientul de atenuare este principalul parametru care determină proprietățile atenuatoarelor. Aceasta se măsoară în decibeli. Pentru a înțelege de câte ori scade amplitudinea semnalului după ce trece prin circuitul de atenuare, trebuie să convertiți factorul din decibeli în ori. Ieșirea unui dispozitiv care reduce amplitudinea semnalului cu N decibeli va fi de M ori mai mică:
M=10(N/20) (pentru puterea M=10(N/10)) .
Recalcularea inversă:
N=20⋅log10(M) (pentru puterea N=10⋅log10(M)).
Astfel, pentru un atenuator cu Kosl=-3 dB (întotdeauna un coeficient negativ, deoarece valoarea este întotdeauna descrescătoare), semnalul de ieșire va avea o amplitudine de 0,708 din cea originală. Iar dacă amplitudinea de ieșire este la jumătate din amplitudinea originală, atunci Kosl este de aproximativ -6dB.
Formulele sunt destul de complicate pentru a le calcula în minte, așa că este mai bine să folosiți calculatoare online, care sunt foarte multe pe internet.
Pentru dispozitivele reglabile (în trepte sau netede), se specifică limitele de reglare.
Un alt parametru important este impedanța intrării și a ieșirii (acestea pot fi identice). Legat de această impedanță este o caracteristică cum ar fi raportul undelor staționare (SWR), care este adesea indicat pe produsele fabricate în comerț. Pentru o sarcină pur activă, aceasta se calculează conform formulei:
- VSW=ρ/R dacă ρ>R, unde R este rezistența de sarcină și ρ este impedanța de linie.
- VSW= R/ρ dacă ρ
VSW este întotdeauna mai mare sau egală cu 1. Dacă R=ρ, toată puterea este transferată la sarcină. Cu cât aceste valori diferă mai mult, cu atât pierderea este mai mare. De exemplu, la VSW=1,2, 99% din putere ajunge la sarcină, în timp ce la VSW=3, 75% ajunge la sarcină. Dacă conectați un atenuator de 75 de ohmi la un cablu de 50 de ohmi (sau invers), VSW = 1,5 și pierderea va fi de 4%.
Alte caracteristici importante care trebuie menționate sunt:
- gama de frecvențe de funcționare;
- putere maximă.
De asemenea, este importantă și precizia, care înseamnă abaterea admisibilă a atenuării de la valoarea nominală. În cazul atenuatoarelor industriale, caracteristicile sunt imprimate pe carcasă.
În unele cazuri, puterea dispozitivului este importantă. Energia care nu ajunge la consumator este disipată în elementele de atenuare, astfel încât este esențial să nu se supraîncarce.
Există formule pentru calcularea caracteristicilor de bază ale atenuatoarelor rezistive de diferite modele, dar acestea sunt greoaie și conțin logaritmi. Prin urmare, aveți nevoie de cel puțin un calculator pentru a le utiliza. Prin urmare, este mai convenabil să se utilizeze programe speciale (inclusiv cele online) pentru autocalculare.
Atenuatoare reglabile
Coeficientul de atenuare și VSW este influențat de valoarea nominală a tuturor elementelor care compun atenuatorul, deci construiți dispozitive cu rezistențe cu parametri reglabili în mod continuu este dificil de creat. Prin modificarea atenuării, trebuie ajustat VSWR-ul și viceversa. Astfel de probleme pot fi rezolvate prin utilizarea amplificatoarelor cu un câștig mai mic de 1.
Aceste dispozitive sunt construite cu tranzistori sau OP-AMPSdar liniaritatea este o problemă. Nu este ușor de construit un amplificator care să nu distorsioneze forma de undă pe o gamă largă de frecvențe. Mult mai comun este controlul în trepte - atenuatoarele sunt conectate în serie și atenuarea este adăugată împreună. Circuitele care trebuie să fie atenuate sunt ocolite (contacte releu etc.). Astfel, factorul de atenuare necesar se obține fără a modifica impedanța de undă.
Există modele de atenuatoare cu control continuu bazate pe transformatoare în bandă largă (BFT). Acestea sunt utilizate în aplicațiile de comunicații pentru amatori în cazul în care cerințele de potrivire intrare/ieșire sunt reduse.
Reglarea lină a atenuatoarelor de ghid de undă se realizează prin modificarea dimensiunilor geometrice. Atenuatoarele optice sunt, de asemenea, disponibile cu reglare lină a atenuării, dar astfel de dispozitive au un design destul de complicat, deoarece conțin un sistem de lentile, filtre optice etc.
Aplicații
Dacă un atenuator are impedanțe de intrare și de ieșire diferite, atunci, pe lângă funcția de atenuare, acesta poate îndeplini și rolul de dispozitiv de adaptare. De exemplu, dacă trebuie conectate un cablu de 75 ohm și unul de 50 ohm, se poate plasa între ele un cablu cu o capacitate nominală corespunzătoare, iar gradul de adaptare poate fi corectat împreună cu atenuarea normalizată.
În aplicațiile de recepție, atenuatoarele sunt utilizate pentru a evita supraîncărcarea circuitelor de intrare cu emisii bruște puternice. În unele cazuri, atenuarea unui semnal perturbator chiar și simultan cu un semnal util slab poate îmbunătăți calitatea recepției prin reducerea zgomotului de intermodulație.
În aplicațiile de măsurare, atenuatoarele pot fi utilizate ca decuplare - acestea reduc influența sarcinii asupra sursei de semnal de referință. Atenuatoarele optice sunt utilizate pe scară largă în testarea echipamentelor de transmisie/recepție a legăturilor de fibră optică. Acestea sunt utilizate pentru a simula atenuarea pe o linie reală și pentru a determina condițiile și limitele unei legături stabile.
În ingineria audio, atenuatoarele sunt utilizate ca dispozitive de control al puterii. Spre deosebire de potențiometre, acestea fac acest lucru cu mai puține pierderi de energie. În acest caz, este mai ușor să se asigure o reglare lină, deoarece impedanța undei nu contează - contează atenuarea. În rețelele de cablu TV, atenuatoarele elimină supraîncărcarea intrărilor TV și permit menținerea calității transmisiei indiferent de condițiile de recepție.
Nefiind cel mai complex dispozitiv, atenuatoarele își găsesc cea mai largă aplicare în circuitele de radiofrecvență și permit o varietate de aplicații. La frecvențele de microunde și optice, aceste dispozitive sunt construite în mod diferit și sunt ansambluri industriale complexe.
Articole conexe:
